WO2011129133A1 - 接続基板 - Google Patents

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dielectric layers
conductors
photoelectric conversion
radiation
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史行 十倉
光俊 杉谷
鈴木 滋
隆志 富部
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H05K2201/10674Flip chip

Definitions

  • the present invention relates to a connection substrate used for a radiation detector module.
  • Patent Document 1 describes a wiring board for mounting an X-ray detection element in an X-ray detection apparatus.
  • the wiring board includes a base body in which a plurality of insulating layers are stacked, a plurality of connection pads formed in an X-ray detection element mounting region on the top surface of the base body, and a plurality of terminal electrodes formed on the outer surface of the base body. Is provided.
  • the wiring board includes a plurality of internal wirings formed inside the base body for connecting the plurality of connection pads and the plurality of terminal electrodes.
  • the plurality of internal wirings include a plurality of through conductors arranged below the mounting area.
  • the plurality of through conductors are formed so as to be inclined in different directions with respect to the stacking direction of the insulating layers over the plurality of insulating layers, and a mounting area is included in the projected area on the upper surface of the base body by all the through conductors. ing.
  • the wiring board shields reflected X-rays by the plurality of through conductors.
  • a photoelectric conversion device such as a photodiode array having a plurality of photoelectric conversion regions arranged two-dimensionally, and a scintillator disposed on the photoelectric conversion device;
  • Such radiation detectors are more convenient than those using conventional X-ray photosensitive films, and are highly convenient, such as being able to check images in real time, and are easy to store and handle data. Also excellent in ease.
  • the photoelectric conversion device is mounted on a substrate. Then, since it is necessary to amplify a minute signal output from the photoelectric conversion device, an integrated circuit device including a plurality of readout circuits such as a plurality of integration circuits corresponding to a plurality of photoelectric conversion regions is used. Note that the plurality of readout circuits are configured by, for example, an integration circuit.
  • This integrated circuit device is preferably mounted on the back side of the substrate in order to reduce the size of the apparatus.
  • the following problem occurs. That is, when a part of the radiation incident on the scintillator is transmitted without being absorbed by the scintillator, the radiation may pass through the substrate and reach the integrated circuit device.
  • the readout circuit of an integrated circuit device includes circuit elements that are susceptible to radiation, such as an operational amplifier, a capacitor, or a MOS transistor for switching. Therefore, radiation that reaches the integrated circuit device may cause abnormalities in these circuit elements. Therefore, it is desirable to protect the readout circuit from radiation by some measure.
  • An object of the present invention is to provide a connection substrate for a radiation detector module that can protect a readout circuit of an integrated circuit device from radiation and suppress an increase in parasitic capacitance.
  • a connection substrate includes a photoelectric conversion device that receives light from a scintillator that converts radiation incident from a predetermined direction into light in a plurality of photoelectric conversion regions arranged in a two-dimensional manner.
  • a connection substrate for mounting on the other plate surface an integrated circuit device that is mounted on and that individually reads electrical signals output from each of a plurality of photoelectric conversion regions of the photoelectric conversion device by a plurality of readout circuits, (A) a base material formed by laminating a plurality of dielectric layers; and (b) among the plurality of dielectric layers provided through at least three dielectric layers adjacent to each other, A plurality of metal through conductors to be a part.
  • a plurality of radiation shielding films are provided in two or more interlayer portions in at least three dielectric layers.
  • the plurality of radiation shielding films are integrally formed with each of the plurality of through conductors and are separated from each other. Then, a region obtained by projecting a radiation shielding film formed integrally with one through conductor in one interlayer portion onto a virtual plane perpendicular to a predetermined direction, and integrally with another through conductor in another interlayer portion A region obtained by projecting the formed radiation shielding film onto a virtual plane does not overlap with each other.
  • a connection substrate has a photoelectric conversion device that receives light from a scintillator that converts radiation into light in a plurality of photoelectric conversion regions arranged in a two-dimensional manner on one plate surface.
  • a plurality of metal radiation shielding films are provided in two or more interlayer portions in at least three dielectric layers.
  • the plurality of radiation shielding films are integrally formed with each of the plurality of through conductors and are separated from each other.
  • a region obtained by projecting the integrally formed radiation shielding film onto a virtual plane does not overlap with each other.
  • connection substrate described above is provided with a plurality of through conductors penetrating at least three dielectric layers and a plurality of metal radiation shielding films formed integrally with each of the plurality of through conductors.
  • the plurality of radiation shielding films are provided in two or more interlayer portions in at least three dielectric layers. With such a configuration, the plurality of radiation shielding films formed inside the connection substrate protect the readout circuit of the integrated circuit device from radiation.
  • the plurality of radiation shielding films are spaced apart from each other, and in an area obtained by projecting the radiation shielding film integrally formed with one through conductor in one interlayer portion onto a virtual plane and in another interlayer part A region obtained by projecting a radiation shielding film formed integrally with another through conductor onto a virtual plane does not overlap each other.
  • the virtual plane is a plane perpendicular to a predetermined direction which is a radiation incident direction, or a plane parallel to one plate surface of the connection substrate when the radiation incidence direction is perpendicular to the plate surface of the connection substrate. It is. Thereby, since each radiation shielding film formed integrally with each of the one through conductor and the other through conductor does not face each other, the parasitic capacitance generated between the one through conductor and the other through conductor can be reduced.
  • the readout circuit of the integrated circuit device can be protected from radiation and an increase in parasitic capacitance can be suppressed.
  • connection substrate among the interlayer portions in the plurality of dielectric layers, one or two or more interlayer portions positioned on one plate surface side with respect to at least three dielectric layers are provided with electrodes of the photoelectric conversion device. Interlayer wiring resulting from the difference between the pitch and the pitch of the plurality of through conductors may be provided.
  • each radiation shielding film may extend around each corresponding through conductor.
  • connection substrate for a radiation detector module capable of protecting a readout circuit of an integrated circuit device from radiation and suppressing an increase in parasitic capacitance.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a radiation detector module including a connection substrate according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the connection substrate and the integrated circuit device.
  • FIG. 3 shows the arrangement of each component of the integrated circuit as seen from the incident direction of radiation.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram illustrating a configuration example of the readout circuit.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the radiation shielding film and the unit circuit region are projected on a virtual plane.
  • connection board according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a radiation detector module including a connection substrate according to an embodiment.
  • the radiation detector module 10 ⁇ / b> A shown in FIG. 1 includes a scintillator 11, a photodiode array 12, a connection substrate 13, and an integrated circuit device 14.
  • the scintillator 11 is a plate-like member for converting the radiation R incident from a predetermined direction into light.
  • the radiation R is, for example, X-rays.
  • the scintillator 11 is divided into a plurality of pixels arranged in M rows and N columns, and is disposed on the light incident surface of the two-dimensional photodiode array 12. N and M are both integers of 2 or more.
  • the scintillator 11 generates scintillation light according to the incident radiation R, converts the radiation image into an optical image, and outputs the optical image to the two-dimensional photodiode array 12.
  • the scintillator 11 is made of CsI, for example.
  • the scintillator 11 can be installed so as to cover the two-dimensional photodiode array 12, or can be provided on the two-dimensional photodiode array 12 by vapor deposition.
  • the two-dimensional photodiode array 12 is a photoelectric conversion device in the present embodiment.
  • the two-dimensional photodiode array 12 has a plurality of photodiodes as a plurality of photoelectric conversion regions arranged two-dimensionally such as M rows and N columns, and receives light from the scintillator 11 by the plurality of photodiodes.
  • the two-dimensional photodiode array 12 has a plurality of bump electrodes 12a, which are conductive bonding materials for so-called flip-chip mounting, on the back surface opposite to the light incident surface.
  • the two-dimensional photodiode array 12 is arranged in a two-dimensional shape such as M rows and N columns on the back surface.
  • the planar dimension of the two-dimensional photodiode array 12 is, for example, 20 mm ⁇ 35 mm.
  • the connection substrate 13 has the two-dimensional photodiode array 12 mounted on one plate surface 13a, and an integrated circuit device 14 described later is mounted on the other plate surface 13b.
  • the connection substrate 13 is formed by laminating a plurality of dielectric layers, and has internal wiring for electrically connecting the two-dimensional photodiode array 12 and the integrated circuit device 14.
  • a plurality of land-like wirings for mounting the two-dimensional photodiode array 12 are arranged in a two-dimensional form such as M rows and N columns on one plate surface 13a of the connection substrate 13, and the other plate surface 13b.
  • a plurality of land-like wirings for mounting the integrated circuit device 14 are two-dimensionally arranged.
  • the integrated circuit device 14 reads out these electrical signals by individually detecting electrical signals such as photocurrents output from the plurality of photodiodes of the two-dimensional photodiode array 12.
  • the integrated circuit device 14 has a structure in which a plurality of readout circuits corresponding to a plurality of photodiodes of the two-dimensional photodiode array 12 are collectively enclosed in one chip.
  • a plurality of bump electrodes 14 a as conductive bonding materials serving as input terminals to the plurality of readout circuits are two-dimensionally arranged on the surface of the integrated circuit device 14 facing the connection substrate 13.
  • the radiation detector module 10A further includes a flexible printed circuit board 15 for outputting the electrical signal output from the integrated circuit device 14 to the outside.
  • One end of the flexible printed circuit board 15 is electrically connected to the other plate surface 13 b of the connection board 13.
  • the radiation detector module 10 ⁇ / b> A further includes a heat sink 16 for cooling the integrated circuit device 14.
  • the heat sink 16 is in contact with the surface opposite to the surface facing the connection substrate 13 of the integrated circuit device 14, and has a shape in which a large number of fins protrude outward.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the connection substrate 13 and the integrated circuit device 14. Although the two-dimensional photodiode array 12 is shown in the figure, the scintillator 11 and the heat sink 16 are not shown.
  • the integrated circuit device 14 has a plurality of unit circuit regions 14b and a plurality of circuit regions 14c.
  • the plurality of unit circuit regions 14b include a plurality of pre-stage amplifiers as a plurality of readout circuits, respectively.
  • the plurality of readout circuits respectively correspond to the plurality of photodiodes of the two-dimensional photodiode array 12 and receive electrical signals such as photocurrents from the corresponding photodiodes.
  • a post-stage amplifier is provided as an amplifier circuit for further amplifying the signal output from the readout circuit of the unit circuit region 14b.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration example of the integrated circuit device 14.
  • FIG. 3A shows the arrangement of each component of the integrated circuit device 14 as viewed from the incident direction of the radiation R.
  • FIG. 3B is an enlarged view of one unit circuit region 14b included in the integrated circuit device 14.
  • the integrated circuit device 14 has a size of 9 mm ⁇ 11 mm, for example.
  • the unit circuit regions 14b are arranged two-dimensionally in J rows and K columns inside the integrated circuit device 14. J and K are integers of 2 or more.
  • Each unit circuit region 14b is provided with an input pad 14e as shown in FIG.
  • a bump electrode 14a shown in FIG. 1 is provided on the input pad 14e.
  • These unit circuit regions 14b are spaced apart from each other, and a region in which no circuit element such as a transistor or a capacitor exists between the one unit circuit region 14b and the other unit circuit region 14b. Extending in the direction. However, metal wiring for connecting circuit elements to each other may exist in this region.
  • the size of one unit circuit region 14b is, for example, 0.5 mm in the row direction and 0.5 mm in the column direction, and the gap between adjacent unit circuit regions 14b is, for example, 0.16 mm.
  • the K circuit areas 14c are arranged corresponding to the respective columns of the unit circuit area 14b. These circuit regions 14c are arranged side by side in the row direction, and each input end is electrically connected to the unit circuit region 14b of the corresponding column.
  • Switches are individually provided in the pre-stage amplifier as the readout circuit included in the unit circuit area 14b and the post-stage amplifier as the amplifier circuit included in the circuit area 14c.
  • a row to be read can be specified by using the switch of the reading circuit in the unit circuit region 14b, and a column to be read can be specified by using the switch of the amplifier circuit in the circuit region 14c.
  • the output ends of the K circuit areas 14c are electrically connected to the A / D converter 14d.
  • the A / D converter 14d converts the analog signal output from each circuit area 14c into a digital signal.
  • the digital signal output from the A / D converter 14 d is output to the outside of the integrated circuit device 14 through one of a plurality of input / output pads 14 f arranged along the edge of the integrated circuit device 14.
  • the other input / output pad 14f is used for power supply voltage input, reference potential input such as ground potential, clock input, and the like.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit showing a configuration example of the readout circuit included in each unit circuit region 14b.
  • the readout circuit 140 is configured by an integration circuit, and includes an operational amplifier 141, a capacitor 142 as a feedback capacitor, and a reset switch 143.
  • the non-inverting input terminal of the operational amplifier 141 is connected to the reference voltage Vref, and the inverting input terminal of the operational amplifier 141 is connected to the anode of one photodiode 12b included in the two-dimensional photodiode array 12 shown in FIG. Yes.
  • the cathode of the photodiode 12b is connected to the reference voltage Vref, and a reverse bias is applied to the photodiode 12b.
  • the capacitor 142 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 141.
  • the capacitor 142 accumulates charges due to the photocurrent output from the photodiode 12b.
  • the reset switch 143 is connected in parallel to the capacitor 142 and resets the electric charge accumulated in the capacitor 142.
  • the reset switch 143 is preferably realized by a MOS transistor, for example.
  • connection substrate 13 of this embodiment includes a base material 130 formed by laminating a plurality of dielectric layers 130a to 130f.
  • FIG. 2 shows six dielectric layers 130a to 130f.
  • the dielectric layers 130a to 130f of the base material 130 are made of a ceramic substrate whose main material is a ceramic material such as alumina, for example.
  • the thickness of each dielectric layer 130a to 130f is, for example, not less than 100 ⁇ m and not more than 200 ⁇ m.
  • connection board 13 has a plurality of through conductors 20.
  • the through conductor 20 is provided so as to penetrate through at least three dielectric layers 130c to 130f adjacent to each other among the dielectric layers 130a to 130f.
  • the through conductor 20 is provided through the four dielectric layers 130c to 130f.
  • Each of the plurality of through conductors 20 has a one-to-one correspondence with each of the plurality of photodiodes of the two-dimensional photodiode array 12, and becomes a part of the path of the photocurrent output from the photodiode.
  • the through conductor 20 is made of a metal material such as tungsten, for example, and is formed by embedding a metal material in the through holes formed in the dielectric layers 130c to 130f.
  • the pitch between adjacent through conductors 20 is equal to the pitch between the unit circuit regions 14b of the integrated circuit device 14, and each through conductor 20 is positioned immediately above the corresponding unit circuit region 14b. is doing.
  • the pitch between adjacent through conductors 20 is, for example, 500 ⁇ m.
  • the diameter of the through conductor 20 is 100 ⁇ m, for example.
  • connection substrate 13 includes a plurality of radiation shielding film groups 21 to 23 provided in two or more interlayer portions in at least three dielectric layers 130c to 130f.
  • the plurality of radiation shielding film groups 21 to 23 are provided in three interlayer portions of the four dielectric layers 130c to 130f.
  • the radiation shielding film group 21 is provided in an interlayer portion between the dielectric layers 130c and 130d
  • the radiation shielding film group 22 is provided in an interlayer portion between the dielectric layers 130d and 130e.
  • the group 23 is provided between the dielectric layers 130e and 130f.
  • Each of the radiation shielding film groups 21 to 23 includes a plurality of metal radiation shielding films corresponding to the number of the through conductors 20. That is, the radiation shielding film group 21 includes the same number of radiation shielding films 21 a as the through conductors 20, the radiation shielding film group 22 includes the same number of radiation shielding films 22 a as the through conductors 20, and the radiation shielding film group 23 includes the through conductors 20. The same number of radiation shielding films 23a is included. These radiation shielding films 21 a to 23 a are formed integrally with the corresponding through conductor 20, and extend around the through conductor 20.
  • the radiation shielding films are separated from each other.
  • the plurality of radiation shielding films 21a are provided at intervals in one interlayer portion
  • the plurality of radiation shielding films 22a are provided at intervals in another interlayer portion, so that the plurality of radiation shielding films are provided.
  • the film 23a is provided at a distance from the other interlayer portion. Thereby, electrical isolation between the through conductors 20 is achieved.
  • the planar shape of the radiation shielding film 21a is, for example, a 400 ⁇ m square. Moreover, the space
  • the radiation shielding films 21a to 23a can be easily formed by a method similar to the method of forming so-called via lands in the interlayer portions of the dielectric layers 130c to 130f.
  • the connection substrate 13 further includes a plurality of interlayer wirings 24.
  • the interlayer wiring 24 is a wiring resulting from the difference between the electrode pitch of the two-dimensional photodiode array 12 and the pitch of the plurality of through conductors 20.
  • the interlayer wiring 24 is one or two of the interlayer portions of the plurality of dielectric layers 130a to 130f located on the one plate surface 13a side with respect to the dielectric layers 130c to 130f provided with the radiation shielding films 21a to 23a. It is provided in the above interlayer part. In FIG. 2, the interlayer wiring 24 is provided in an interlayer portion between the dielectric layer 130a and the dielectric layer 130b and an interlayer portion between the dielectric layer 130b and the dielectric layer 130c.
  • the virtual plane is defined as a plane perpendicular to a predetermined direction that is the incident direction of the radiation R shown in FIG.
  • the virtual plane may be defined as a surface parallel to the plate surface 13a or 13b.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the plurality of radiation shielding films 21a to 23a of the connection substrate 13 and the plurality of unit circuit regions 14b of the integrated circuit device 14 are projected onto the virtual plane VP.
  • PR1 indicates a region obtained by projecting a plurality of radiation shielding films 21a, 22a and 23a onto the virtual plane VP.
  • PR2 indicates an area obtained by projecting the plurality of unit circuit areas 14b onto the virtual plane VP.
  • PR3 indicates a region obtained by projecting a plurality of through conductors 20 onto the virtual plane VP.
  • the plurality of regions PR1 are separated from each other and do not overlap each other.
  • These regions PR1 are common projection regions for the radiation shielding films 21a to 23a. That is, the region PR1 for the radiation shielding film 21a formed integrally with one through conductor 20 in one interlayer portion, and the radiation shielding film 21b or 21c formed integrally with another through conductor 20 in another interlayer portion. And the region PR1 do not overlap each other. Further, the region PR1 for the radiation shielding film 21b formed integrally with the one through conductor 20 in one interlayer portion and the radiation shielding film 21c formed integrally with the other penetration conductor 20 in the other interlayer portion. The region PR1 does not overlap with each other.
  • the radiation shielding films 21a to 23a formed integrally with one through conductor 20 and the radiation shielding films 21a to 23a formed integrally with the other through conductor 20 do not face each other.
  • the parasitic capacitance generated during the period 20 can be reduced. Therefore, noise superimposed on an electrical signal such as photocurrent output from a plurality of photodiodes of the two-dimensional photodiode array 12 can be reduced.
  • each of the plurality of radiation shielding films 21a to 23a protects the corresponding unit circuit region 14b from radiation.
  • the radiation R that has passed through the gaps between the plurality of radiation shielding films 21a to 23a can reach the integrated circuit device 14.
  • the unit circuit region 14b does not exist at the reaching position, and the influence of the radiation R is slight. Become.
  • connection substrate 13 of the present embodiment the readout circuit of the integrated circuit device 14 can be protected from radiation and an increase in parasitic capacitance can be suppressed.
  • each of the plurality of radiation shielding films 21 a is integrally formed with the corresponding through conductor 20.
  • the radiation shielding films 21a to 23a formed integrally with the through conductor 20 do not hinder the arrangement of the through conductor 20, so that it is not necessary to form a complicated wiring that bypasses the radiation shielding material.
  • each of the plurality of regions PR1 obtained by projecting the plurality of radiation shielding films 21a to 23a onto the virtual plane VP includes a plurality of unit circuit regions.
  • Each of the plurality of regions PR2 obtained by projecting 14b onto the virtual plane VP is included.
  • the plurality of unit circuit regions 14b are completely covered by the plurality of radiation shielding films 21a.
  • the radiation shielding films 21a to 23a of the connection substrate 13 may be arranged in this way, and thereby the reading circuit of the integrated circuit device 14 can be more effectively protected from radiation.
  • the radiation shielding films 21a to 23a may extend around the corresponding through conductors 20.
  • each of the radiation shielding films 21a to 23a can suitably protect the corresponding unit circuit region 14b from radiation.
  • connection board according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible.
  • the radiation shielding films 21a to 23a are provided in the three interlayer portions of the four dielectric layers 130c to 130f, but the radiation shielding film is formed of two or more interlayers in the at least three dielectric layers. By being provided in the portion, the same effect as the above embodiment can be obtained.
  • the present invention can be used as a connection substrate for a radiation detector module capable of protecting a readout circuit of an integrated circuit device from radiation and suppressing an increase in parasitic capacitance.

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Abstract

 接続基板13は、複数の誘電体層130a~130fが積層されて成る基材130と、互いに隣接する誘電体層130c~130fを貫通して設けられた複数の貫通導体20とを備える。複数の貫通導体20それぞれと一体に形成されると共に互いに離間した複数の放射線遮蔽膜21a~23aが、誘電体層130c~130fにおける二以上の層間部分に設けられている。一の層間部分において一の貫通導体20と一体に形成された放射線遮蔽膜21a(21b)を所定方向に垂直な仮想平面に投影した領域PR1と、他の層間部分において他の貫通導体20と一体に形成された放射線遮蔽膜22b又は22c(22c)を仮想平面に投影した領域とは互いに重ならない。これにより、集積回路デバイスの読出回路を放射線から保護し、且つ寄生容量の増加を抑制することができる。

Description

接続基板
 この発明は、放射線検出器モジュールに用いられる接続基板に関する。
 特許文献1には、X線検出装置におけるX線検出素子搭載用の配線基板が記載されている。この配線基板は、複数の絶縁層が積層されてなる基体と、基体の上面のX線検出素子の実装領域に形成された複数の接続パッドと、基体の外面に形成された複数の端子電極とを備える。また、この配線基板は、複数の接続パッドと複数の端子電極とを接続するために基体の内部に形成された複数の内部配線を備える。複数の内部配線は、実装領域の下方に配置された複数の貫通導体を含む。複数の貫通導体は、複数の絶縁層にわたって絶縁層の積層方向に対して異なる方向に傾斜して形成されており、それら全ての貫通導体による基体の上面への投影領域に、実装領域が含まれている。この配線基板は、この複数の貫通導体によって反射X線を遮蔽する。
特開2009-32936号公報
 近年、X線検査装置等のための放射線検出器として、二次元状に配列された複数の光電変換領域を有するフォトダイオードアレイなどの光電変換デバイスと、光電変換デバイスの上に配置されたシンチレータとを備える装置が実用化されている。このような放射線検出器は、従来のX線感光フィルムを用いたものと比べ、現像の必要がなく、またリアルタイムに画像を確認することができるなど利便性が高く、データの保存性や取扱いの容易さにおいても優れている。
 このような放射線検出器において、多くの場合、光電変換デバイスは基板上に実装される。そして、光電変換デバイスから出力された微小信号を増幅する必要があるので、複数の光電変換領域に対応する複数の積分回路などの複数の読出回路を内蔵する集積回路デバイスが用いられる。なお、複数の読出回路は、例えば積分回路によって構成される。この集積回路デバイスは、装置の小型化のために、基板の裏側に実装されることが好ましい。
 しかし、基板の一方の板面上に光電変換デバイスを実装し、他方の板面上に集積回路デバイスを実装した場合、次の問題が生じる。すなわち、シンチレータに入射する放射線の一部がシンチレータに吸収されずに透過した場合、この放射線が基板を透過して集積回路デバイスに到達するおそれがある。集積回路デバイスの読出回路には、例えばオペアンプやコンデンサ、或いはスイッチ用のMOSトランジスタといった放射線の影響を受けやすい回路要素が含まれている。故に、集積回路デバイスに到達した放射線がこれらの回路要素に異常を生じさせるおそれがある。したがって、何らかの方策により読出回路を放射線から保護することが望まれる。
 なお、特許文献1に記載された装置では、複数の貫通導体が、複数の絶縁層にわたって異なる方向に傾斜して形成されている。そして、これらの貫通導体の基板面への投影領域に含まれるように実装領域が配置されることによって、反射X線が遮蔽されている。しかし、このような構成では複数の貫通導体が互いに対向し、貫通導体相互間の寄生容量が増加してしまうという問題がある。
 本発明は、集積回路デバイスの読出回路を放射線から保護し、且つ寄生容量の増加を抑制することが可能な放射線検出器モジュール用の接続基板を提供することを目的とする。
 本発明の一実施形態に係る接続基板は、所定方向から入射する放射線を光に変換するシンチレータからの光を二次元状に配列された複数の光電変換領域に受ける光電変換デバイスを一方の板面上に搭載し、光電変換デバイスの複数の光電変換領域それぞれから出力される電気信号を複数の読出回路により個別に読み出す集積回路デバイスを他方の板面上に搭載するための接続基板であって、(a)複数の誘電体層が積層されて成る基材と、(b)複数の誘電体層のうち、互いに隣接する少なくとも三つの誘電体層を貫通して設けられ、電気信号の経路の一部となる金属製の複数の貫通導体とを備える。この接続基板では、複数の放射線遮蔽膜が、少なくとも3つの誘電体層における2以上の層間部分に設けられている。複数の放射線遮蔽膜は、複数の貫通導体それぞれと一体に形成されると共に互いに離間している。そして、一の層間部分において一の貫通導体と一体に形成された放射線遮蔽膜を所定方向に垂直な仮想平面に投影することにより得られる領域と、他の層間部分において他の貫通導体と一体に形成された放射線遮蔽膜を仮想平面に投影することにより得られる領域とは互いに重ならない。
 また、本発明の別の実施形態に係る接続基板は、放射線を光に変換するシンチレータからの光を二次元状に配列された複数の光電変換領域に受ける光電変換デバイスを一方の板面上に搭載し、光電変換デバイスの複数の光電変換領域それぞれから出力される電気信号を複数の読出回路により個別に読み出す集積回路デバイスを他方の板面上に搭載するための接続基板であって、(a)複数の誘電体層が積層されて成る基材と、(b)複数の誘電体層のうち、互いに隣接する少なくとも三つの誘電体層を貫通して設けられ、電気信号の経路の一部となる金属製の複数の貫通導体とを備える。この接続基板では、金属製の複数の放射線遮蔽膜が、少なくとも三つの誘電体層における二以上の層間部分に設けられている。複数の放射線遮蔽膜は、複数の貫通導体それぞれと一体に形成されると共に互いに離間している。そして、一の層間部分において一の貫通導体と一体に形成された放射線遮蔽膜を一方の板面に平行な仮想平面に投影することにより得られる領域と、他の層間部分において他の貫通導体と一体に形成された放射線遮蔽膜を仮想平面に投影することにより得られる領域とは互いに重ならない。
 上述した接続基板には、少なくとも三つの誘電体層を貫通する複数の貫通導体、および複数の貫通導体のそれぞれと一体に形成された金属製の複数の放射線遮蔽膜が設けられている。そして、これら複数の放射線遮蔽膜は、少なくとも三つの誘電体層における二以上の層間部分に設けられている。このような構成により、接続基板の内部に形成された複数の放射線遮蔽膜が、集積回路デバイスの読出回路を放射線から保護する。
 また、複数の放射線遮蔽膜は互いに離間しており、一の層間部分において一の貫通導体と一体に形成された放射線遮蔽膜を仮想平面に投影することにより得られる領域と、他の層間部分において他の貫通導体と一体に形成された放射線遮蔽膜を仮想平面に投影することにより得られる領域とは互いに重ならない。ここで、仮想平面とは、放射線入射方向である所定方向に垂直な面、或いは、放射線入射方向が接続基板の板面に垂直である場合には、接続基板の一方の板面に平行な面である。これにより、一の貫通導体及び他の貫通導体のそれぞれと一体に形成された各放射線遮蔽膜が互いに対向しないので、一の貫通導体と他の貫通導体との間に生じる寄生容量を低減できる。
 以上説明したように、上述した接続基板によれば、集積回路デバイスの読出回路を放射線から保護し、且つ寄生容量の増加を抑制することができる。
 また、上記接続基板においては、複数の誘電体層における層間部分のうち、少なくとも3つの誘電体層に対して一方の板面側に位置する一又は二以上の層間部分に、光電変換デバイスの電極ピッチと複数の貫通導体のピッチとの相違に起因する層間配線が設けられてもよい。
 また、上記接続基板においては、各放射線遮蔽膜が、対応する各貫通導体の周囲に延在してもよい。
 本発明によれば、集積回路デバイスの読出回路を放射線から保護し、且つ寄生容量の増加を抑制することが可能な放射線検出器モジュール用の接続基板を提供できる。
図1は、一実施形態に係る接続基板を備える放射線検出器モジュールの構成を示す断面図である。 図2は、接続基板および集積回路デバイスの内部構成を示す断面図である。 図3は、放射線の入射方向から見た集積回路の各構成要素の配置を示している。 図4は、読出回路の構成例を示す等価回路図である。 図5は、放射線遮蔽膜および単位回路領域を仮想平面に投影した様子を示す図である。
 以下、添付図面を参照しながら本発明による接続基板の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
 図1は、一実施形態に係る接続基板を備える放射線検出器モジュールの構成を示す断面図である。図1に示す放射線検出器モジュール10Aは、シンチレータ11、フォトダイオードアレイ12、接続基板13、及び集積回路デバイス14を備える。
 シンチレータ11は、所定方向から入射する放射線Rを光に変換するための板状の部材である。放射線Rは、例えばX線である。シンチレータ11は、M行N列に配列された複数の画素に分割されており、二次元フォトダイオードアレイ12の光入射面上に配置されている。なお、N,Mは共に2以上の整数である。シンチレータ11は、入射した放射線Rに応じてシンチレーション光を発生して放射線像を光像へと変換し、この光像を二次元フォトダイオードアレイ12へ出力する。シンチレータ11は、例えばCsIによって構成される。シンチレータ11は二次元フォトダイオードアレイ12を覆うように設置されることができ、或いは二次元フォトダイオードアレイ12上に蒸着により設けられることができる。
 二次元フォトダイオードアレイ12は、本実施形態における光電変換デバイスである。二次元フォトダイオードアレイ12は、M行N列といった二次元状に配列された複数の光電変換領域としての複数のフォトダイオードを有し、シンチレータ11からの光を複数のフォトダイオードに受ける。二次元フォトダイオードアレイ12は、いわゆるフリップチップ実装のための導電性接合材である複数のバンプ電極12aを光入射面とは反対側の裏面上に有しており、これら複数のバンプ電極12aは、二次元フォトダイオードアレイ12の裏面上においてM行N列といった二次元状に配列されている。二次元フォトダイオードアレイ12の平面寸法は、例えば20mm×35mmである。
 接続基板13は、二次元フォトダイオードアレイ12を一方の板面13a上に搭載し、後述する集積回路デバイス14を他方の板面13b上に搭載する。接続基板13は、複数の誘電体層が積層されて成り、二次元フォトダイオードアレイ12と集積回路デバイス14とを電気的に接続するための内部配線を有する。また、接続基板13の一方の板面13aには、二次元フォトダイオードアレイ12を実装するための複数のランド状配線がM行N列といった二次元状に配列されており、他方の板面13bには、集積回路デバイス14を実装するための複数のランド状配線が二次元状に配列されている。
 集積回路デバイス14は、二次元フォトダイオードアレイ12の複数のフォトダイオードそれぞれから出力される光電流といった電気信号を個別に検出することによって、これらの電気信号を読み出す。集積回路デバイス14は、二次元フォトダイオードアレイ12の複数のフォトダイオードに対応する複数の読出回路が、纏めて一つのチップに封入された構造を有する。また、これら複数の読出回路への入力端子となる導電性接合材としての複数のバンプ電極14aが、接続基板13と対向する集積回路デバイス14の面上において二次元状に配列されている。
 また、放射線検出器モジュール10Aは、集積回路デバイス14から出力された電気信号を外部へ出力するためのフレキシブルプリント基板15を更に備える。フレキシブルプリント基板15の一端は、接続基板13の他方の板面13b上に電気的に接続される。
 また、放射線検出器モジュール10Aは、集積回路デバイス14を冷却するためのヒートシンク16を更に備える。ヒートシンク16は、集積回路デバイス14の接続基板13と対向する面とは反対側の面と接しており、外側へ向けて多数のフィンが突出した形状を有している。
 図2は、接続基板13および集積回路デバイス14の内部構成を示す断面図である。なお、同図には二次元フォトダイオードアレイ12が図示されているが、シンチレータ11及びヒートシンク16は図示を省略されている。
 図2に示すように、集積回路デバイス14は、複数の単位回路領域14bと、複数の回路領域14cとを有する。複数の単位回路領域14bには、複数の読出回路として、複数の前段アンプがそれぞれ含まれている。これら複数の読出回路は、二次元フォトダイオードアレイ12の複数のフォトダイオードにそれぞれ対応するものであり、それぞれ対応するフォトダイオードから光電流といった電気信号を受ける。なお、回路領域14cには、単位回路領域14bの読出回路から出力された信号を更に増幅するための増幅回路として、後段アンプが設けられる。
 ここで、図3の(a)は、集積回路デバイス14の構成例を示す図である。図3の(a)は、放射線Rの入射方向から見た集積回路デバイス14の各構成要素の配置を示している。また、図3の(b)は、集積回路デバイス14が有する一つの単位回路領域14bを拡大して示す図である。この集積回路デバイス14は、例えば9mm×11mmといった大きさを有する。
 図3の(a)に示すように、単位回路領域14bは、集積回路デバイス14の内部においてJ行K列の二次元状に配列されている。なお、J及びKは2以上の整数である。各単位回路領域14bには、図3の(b)に示すように入力パッド14eが設けられている。この入力パッド14e上には、図1に示したバンプ電極14aが設けられる。また、これらの単位回路領域14bは互いに離間しており、一の単位回路領域14bと他の単位回路領域14bとの間には、トランジスタやコンデンサ等の回路要素が存在しない領域が行方向および列方向に延びている。但し、この領域には、回路要素を相互に接続するための金属配線は存在してもよい。一つの単位回路領域14bの寸法は、例えば行方向0.5mm、列方向0.5mmであり、隣り合う単位回路領域14b同士の隙間の間隔は例えば0.16mmである。
 回路領域14cは、単位回路領域14bの各列に対応してK個配置されている。これらの回路領域14cは、行方向に並んで配置されており、各入力端はそれぞれ対応する列の単位回路領域14bと電気的に接続されている。
 単位回路領域14bに含まれる読出回路としての前段アンプ、及び回路領域14cに含まれる増幅回路としての後段アンプには、個々にスイッチが設けられる。そして、単位回路領域14bの読出回路のスイッチを使用することにより読み出す行の指定を行うことができ、回路領域14cの増幅回路のスイッチを使用することにより読み出す列の指定を行うことができる。
 K個の回路領域14cの出力端は、A/D変換器14dと電気的に接続されている。A/D変換器14dは、各回路領域14cから出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。A/D変換器14dから出力されたディジタル信号は、集積回路デバイス14の縁に沿って配列された複数の入出力パッド14fのうち一つを介して集積回路デバイス14の外部へ出力される。なお、他の入出力パッド14fは、電源電圧入力、接地電位等の基準電位の入力、クロック入力等に使用される。
 図4は、各単位回路領域14bに含まれる読出回路の構成例を示す等価回路である。この等価回路において、読出回路140は積分回路によって構成されており、オペアンプ141と、帰還容量としてのコンデンサ142と、リセットスイッチ143とを含む。オペアンプ141の非反転入力端子は基準電圧Vrefに接続されており、オペアンプ141の反転入力端子は、図1に示された二次元フォトダイオードアレイ12が有する一つのフォトダイオード12bのアノードに接続されている。なお、フォトダイオード12bのカソードは基準電圧Vrefに接続され、フォトダイオード12bには逆バイアスが印加される。
 コンデンサ142は、オペアンプ141の反転入力端子と出力端子との間に接続される。コンデンサ142には、フォトダイオード12bから出力された光電流による電荷が蓄積される。リセットスイッチ143は、コンデンサ142に対して並列に接続され、コンデンサ142に蓄積された電荷をリセットする。リセットスイッチ143は、例えばMOSトランジスタによって好適に実現される。
 再び図2を参照して、接続基板13について詳細に説明する。本実施形態の接続基板13は、複数の誘電体層130a~130fが積層されて成る基材130を有する。図2には、6層の誘電体層130a~130fが示されている。基材130の誘電体層130a~130fは、例えば、アルミナといったセラミック材料を主原料とするセラミック基板からなる。各誘電体層130a~130fの厚さは、例えば100μm以上200μm以下である。
 また、接続基板13は、複数の貫通導体20を有する。貫通導体20は、誘電体層130a~130fのうち互いに隣接する少なくとも3つの誘電体層130c~130fを貫通して設けられている。一例では、貫通導体20は4つの誘電体層130c~130fを貫通して設けられている。複数の貫通導体20それぞれは、二次元フォトダイオードアレイ12の複数のフォトダイオードそれぞれと一対一で対応しており、フォトダイオードから出力された光電流の経路の一部となる。貫通導体20は、例えばタングステンといった金属材料からなり、誘電体層130c~130fに形成された貫通孔に金属材料が埋め込まれることにより形成される。なお、本実施形態では、隣り合う貫通導体20同士のピッチが集積回路デバイス14の単位回路領域14b間のピッチと等しくなっており、各貫通導体20は、対応する単位回路領域14bの直上に位置している。隣り合う貫通導体20同士のピッチは、例えば500μmである。また、貫通導体20の直径は例えば100μmである。
 また、接続基板13は、少なくとも3層の誘電体層130c~130fにおける2以上の層間部分に設けられた複数の放射線遮蔽膜群21~23を有する。図2では、複数の放射線遮蔽膜群21~23は、4層の誘電体層130c~130fにおける3箇所の層間部分に設けられている。具体的には、放射線遮蔽膜群21は誘電体層130c及び130dの層間部分に設けられており、放射線遮蔽膜群22は誘電体層130d及び130eの層間部分に設けられており、放射線遮蔽膜群23は誘電体層130e及び130fの層間部分に設けられている。
 放射線遮蔽膜群21~23のそれぞれは、貫通導体20の本数に対応する金属製の複数の放射線遮蔽膜を含む。すなわち、放射線遮蔽膜群21は貫通導体20と同数の放射線遮蔽膜21aを含み、放射線遮蔽膜群22は貫通導体20と同数の放射線遮蔽膜22aを含み、放射線遮蔽膜群23は貫通導体20と同数の放射線遮蔽膜23aを含む。これら放射線遮蔽膜21a~23aは、対応する貫通導体20と一体に形成されており、当該貫通導体20の周囲に延在している。
 各放射線遮蔽膜群21~23において、放射線遮蔽膜同士は互いに離間している。すなわち、複数の放射線遮蔽膜21aは一の層間部分において互いに間隔をあけて設けられており、複数の放射線遮蔽膜22aは別の層間部分において互いに間隔をあけて設けられており、複数の放射線遮蔽膜23aは更に別の層間部分において互いに間隔をあけて設けられている。これにより、貫通導体20相互の電気的な分離が図られている。
 放射線遮蔽膜21aの平面形状は、例えば400μm四方の正方形である。また、隣り合う放射線遮蔽膜21a同士の間隔は例えば100μmであり、放射線遮蔽膜21aの厚さは例えば10μmである。これらの形状寸法は、放射線遮蔽膜22a、23aについても同様である。放射線遮蔽膜21a~23aの構成材料としては、例えばタングステンが好適である。放射線遮蔽膜21a~23aは、誘電体層130c~130fの層間部分にいわゆるビアランドを形成する方法と同様の方法によって容易に形成可能である。
 また、接続基板13は、複数の層間配線24を更に有する。層間配線24は、二次元フォトダイオードアレイ12の電極ピッチと複数の貫通導体20のピッチとの相違に起因する配線である。層間配線24は、複数の誘電体層130a~130fにおける層間部分のうち、放射線遮蔽膜21a~23aが設けられた誘電体層130c~130fに対して一方の板面13a側に位置する一又は二以上の層間部分に設けられている。図2では、層間配線24は、誘電体層130aと誘電体層130bとの層間部分、および誘電体層130bと誘電体層130cとの層間部分に設けられている。
 ここで、接続基板13の放射線遮蔽膜21a、22a及び23aと、集積回路デバイス14の複数の単位回路領域14bとの相対的な位置関係について説明する。この説明の為に、放射線遮蔽膜及び単位回路領域を投影するための仮想平面の概念を導入する。仮想平面は、図1に示した放射線Rの入射方向である所定方向に対して垂直な面として定義される。或いは、該入射方向が接続基板13の板面13a,13bと略垂直である場合には、仮想平面は、板面13a又は13bと平行な面として定義されてもよい。
 図5は、接続基板13の複数の放射線遮蔽膜21a~23aと、集積回路デバイス14の複数の単位回路領域14bとを仮想平面VPに投影した様子を示す図である。図5において、PR1は、複数の放射線遮蔽膜21a、22a及び23aを仮想平面VPに投影することにより得られる領域を示している。また、PR2は、複数の単位回路領域14bを仮想平面VPに投影することにより得られる領域を示している。また、PR3は、複数の貫通導体20を仮想平面VPに投影することにより得られる領域を示している。
 図5に示すように、複数の領域PR1は互いに離間しており、互いに重なっていない。これらの領域PR1は、放射線遮蔽膜21a~23aについて共通の投影領域である。つまり、一の層間部分において一の貫通導体20と一体に形成された放射線遮蔽膜21aについての領域PR1と、他の層間部分において他の貫通導体20と一体に形成された放射線遮蔽膜21b又は21cについての領域PR1とは、互いに重ならない。また、一の層間部分において一の貫通導体20と一体に形成された放射線遮蔽膜21bについての領域PR1と、他の層間部分において他の貫通導体20と一体に形成された放射線遮蔽膜21cについての領域PR1とは、互いに重ならない。これにより、一の貫通導体20と一体に形成された放射線遮蔽膜21a~23aと、他の貫通導体20と一体に形成された放射線遮蔽膜21a~23aとが互いに対向しないので、複数の貫通導体20の間に生じる寄生容量を低減できる。従って、二次元フォトダイオードアレイ12の複数のフォトダイオードから出力された光電流といった電気信号に重畳されるノイズを低減できる。
 また、本実施形態の接続基板13においては、複数の放射線遮蔽膜21a~23aのそれぞれが、対応する各単位回路領域14bを放射線から保護する。また、複数の放射線遮蔽膜21a~23aの隙間を通過した放射線Rは集積回路デバイス14に達することができるが、その到達箇所には単位回路領域14bは存在せず、放射線Rによる影響は軽微となる。
 このように、本実施形態の接続基板13によれば、集積回路デバイス14の読出回路を放射線から保護し、且つ寄生容量の増加を抑制することができる。
 また、本実施形態の接続基板13においては、複数の放射線遮蔽膜21aのそれぞれが、対応する貫通導体20と一体に形成されている。複数の放射線遮蔽膜22a及び23aについても同様である。このように、貫通導体20と一体に形成される放射線遮蔽膜21a~23aは貫通導体20の配置を妨げないので、放射線遮蔽材を迂回するような複雑な配線を形成する必要がない。
 また、図5に示すように、本実施形態の接続基板13においては、複数の放射線遮蔽膜21a~23aを仮想平面VPに投影することにより得られる複数の領域PR1それぞれが、複数の単位回路領域14bを仮想平面VPに投影することにより得られる複数の領域PR2それぞれを含んでいる。換言すれば、放射線Rの入射方向または板面13aに垂直な方向から見ると、複数の単位回路領域14bが複数の放射線遮蔽膜21aによって完全に覆われている。複数の放射線遮蔽膜22a、及び複数の放射線遮蔽膜23aに関しても同様である。接続基板13の放射線遮蔽膜21a~23aはこのように配置されてもよく、これによって集積回路デバイス14の読出回路を放射線から更に効果的に保護できる。
 また、上記実施形態のように、放射線遮蔽膜21a~23aは、対応する貫通導体20の周囲に延在してもよい。これにより、放射線遮蔽膜21a~23aのそれぞれが、対応する各単位回路領域14bを放射線から好適に保護することができる。
 本発明による接続基板は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、放射線遮蔽膜21a~23aが4つの誘電体層130c~130fにおける3つの層間部分に設けられているが、放射線遮蔽膜は、少なくとも3つの誘電体層における2以上の層間部分に設けられることにより、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
 本発明は、集積回路デバイスの読出回路を放射線から保護し、且つ寄生容量の増加を抑制することが可能な放射線検出器モジュール用の接続基板として利用可能である。
 10A…放射線検出器モジュール、11…シンチレータ、12…二次元フォトダイオードアレイ、12a…バンプ電極、12b…フォトダイオード、13…接続基板、13a,13b…板面、14…集積回路デバイス、14a…バンプ電極、14b…単位回路領域、14c…回路領域、14d…A/D変換器、14e…入力パッド、14f…入出力パッド、15…フレキシブルプリント基板、16…放熱器、20…貫通導体、21,22,23…放射線遮蔽膜群、21a,22a,23a…放射線遮蔽膜、24…層間配線、130…基材、130a~130f…誘電体層、140…読出回路、141…オペアンプ、142…コンデンサ、143…リセットスイッチ。

Claims (4)

  1.  所定方向から入射する放射線を光に変換するシンチレータからの光を二次元状に配列された複数の光電変換領域に受ける光電変換デバイスを一方の板面上に搭載し、前記光電変換デバイスの前記複数の光電変換領域それぞれから出力される電気信号を複数の読出回路により個別に読み出す集積回路デバイスを他方の板面上に搭載するための接続基板であって、
     複数の誘電体層が積層されて成る基材と、
     前記複数の誘電体層のうち、互いに隣接する少なくとも三つの前記誘電体層を貫通して設けられ、前記電気信号の経路の一部となる金属製の複数の貫通導体と
     を備え、
     前記複数の貫通導体それぞれと一体に形成されると共に互いに離間された金属製の複数の放射線遮蔽膜が、前記少なくとも三つの誘電体層における二以上の層間部分に設けられており、
     一の前記層間部分において一の前記貫通導体と一体に形成された前記放射線遮蔽膜を前記所定方向に垂直な仮想平面に投影した領域と、他の前記層間部分において他の前記貫通導体と一体に形成された前記放射線遮蔽膜を前記仮想平面に投影した領域とが互いに重ならない、接続基板。
  2.  放射線を光に変換するシンチレータからの光を二次元状に配列された複数の光電変換領域に受ける光電変換デバイスを一方の板面上に搭載し、前記光電変換デバイスの前記複数の光電変換領域それぞれから出力される電気信号を複数の読出回路により個別に読み出す集積回路デバイスを他方の板面上に搭載するための接続基板であって、
     複数の誘電体層が積層されて成る基材と、
     前記複数の誘電体層のうち、互いに隣接する少なくとも三つの前記誘電体層を貫通して設けられ、前記電気信号の経路の一部となる金属製の複数の貫通導体と
     を備え、
     前記複数の貫通導体それぞれと一体に形成されると共に互いに離間された金属製の複数の放射線遮蔽膜が、前記少なくとも三つの誘電体層における二以上の層間部分に設けられており、
     一の前記層間部分において一の前記貫通導体と一体に形成された前記放射線遮蔽膜を前記一方の板面に平行な仮想平面に投影した領域と、他の前記層間部分において他の前記貫通導体と一体に形成された前記放射線遮蔽膜を前記仮想平面に投影した領域とが互いに重ならない、接続基板。
  3.  前記複数の誘電体層における層間部分のうち、前記少なくとも三つの誘電体層に対して前記一方の板面側に位置する一又は二以上の前記層間部分に、前記光電変換デバイスの電極ピッチと前記複数の貫通導体のピッチとの相違に起因する層間配線が設けられている、請求項1または2に記載の接続基板。
  4.  各放射線遮蔽膜が、対応する各貫通導体の周囲に延在している、請求項1~3のいずれか一項に記載の接続基板。
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