WO2013084893A1 - センサユニット及び固体撮像装置 - Google Patents

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WO2013084893A1
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solid
base member
state imaging
imaging device
sensor unit
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PCT/JP2012/081391
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一樹 藤田
竜次 久嶋
治通 森
晴義 岡田
澤田　純一
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sensor unit and a solid-state imaging device.
  • Patent Document 1 describes an X-ray detection apparatus.
  • This X-ray detection apparatus includes a sensor substrate made of amorphous silicon and a flexible circuit board on which a shift register and a detection integrated circuit are mounted.
  • a phosphor (CsI) for converting X-rays into visible light is provided on the sensor substrate.
  • an integration circuit or voltage is used to amplify and sequentially output signals (charges) transferred from the pixels in each column.
  • a holding circuit is provided.
  • these circuits may be formed on a semiconductor chip different from the substrate.
  • a single crystal silicon wafer is provided by including a thin film transistor in which polycrystalline silicon is deposited on a large area glass substrate and a photodiode in which amorphous silicon is deposited.
  • a solid-state imaging device having a significantly larger light receiving area has been developed compared to a conventional solid-state imaging device manufactured from the above.
  • these circuits are formed on a CMOS-type semiconductor chip rather than forming an integration circuit and a voltage holding circuit on a glass substrate with polycrystalline silicon. It may be preferable in terms of operating speed to connect the imaging element with a bonding wire or the like.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing an example of a sensor unit having such a method.
  • the sensor unit 100 includes a solid-state imaging device 101 having a plurality of pixels, and a semiconductor chip 102 incorporating an integration circuit and a voltage holding circuit.
  • the solid-state imaging device 101 and the semiconductor chip 102 are mounted (die-bonded) on the surface of a single wiring substrate (glass epoxy substrate) 107 and are electrically connected to each other by bonding wires 106.
  • a scintillator 103 is disposed on the light receiving surface of the solid-state image sensor 101, and radiation such as X-rays is converted into visible light and enters the light-receiving surface of the solid-state image sensor 101.
  • the sensor unit 100 may further include a housing (not shown) that houses the solid-state imaging device 101 and the semiconductor chip 102.
  • the casing is provided with a window material that transmits the radiation that has reached the sensor unit 100 toward the solid-state imaging device 101.
  • An iron base substrate 108 and a control substrate 109 are disposed on the back side of the wiring substrate 107.
  • the configuration shown in FIG. 17 causes the following problem.
  • the amount of heat generated is larger than that of the solid-state imaging device 101.
  • the solid-state imaging device 101 and the semiconductor chip 102 are mounted on a common wiring board 107 as in the sensor unit 100, heat generated in the semiconductor chip 102 is transmitted through the wiring board 107. It is easy to reach the vicinity of 101. As a result, the dark current of the photodiodes constituting each pixel increases, and the function of the scintillator 103 may be degraded.
  • the number of pixels is remarkably large, and the number of semiconductor chips is also large. Become prominent.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a sensor unit and a solid-state imaging device that can reduce the influence of heat generated from a semiconductor chip on a solid-state imaging device.
  • a sensor unit is a metal member having a main surface and a back surface, and the first mounting region and the height based on the back surface are the first mounting region.
  • a base member having a lower second mounting region formed on the main surface, a light receiving surface, and a back surface located on the opposite side of the light receiving surface, the back surface and the first mounting region being mutually Mounted on the solid-state imaging device arranged on the first mounting area so as to face each other and the wiring board arranged on the second mounting area of the base member, amplifies the signal output from the solid-state imaging element
  • the base member further includes a side wall portion that faces the side surface of the solid-state image sensor, and the signal read semiconductor chip and the solid-state image sensor are connected via a bonding wire. They are electrically connected to each other and the wiring board It has a via, wherein the semiconductor chip for signal reading is thermally coupled to the base member through a thermal via.
  • a solid-state imaging device is disposed on a certain surface (first placement region) of a metal base member, and the signal reading semiconductor chip is provided on another surface (first surface) of the metal base member.
  • the second mounting area) is mounted on the wiring board.
  • the solid-state imaging device and the signal reading semiconductor chip are arranged on the mounting regions on the metal base member having high thermal conductivity, so that the heat generated in the signal reading semiconductor chip is effective. Diffused and difficult to reach the solid-state imaging device, it is possible to effectively reduce the influence on the solid-state imaging device due to heat generated from the semiconductor chip.
  • the wiring board has a thermal via, and the signal reading semiconductor chip is thermally coupled to the base member via the thermal via. With such a configuration, the heat of the signal reading semiconductor chip can be more efficiently transmitted to the base member, and the thermal diffusion in the base member can be promoted.
  • the base member has a side wall portion that faces the side surface of the solid-state imaging device. This facilitates the positioning of the solid-state imaging device on the base member, so that the accuracy of wire bonding between the solid-state imaging device and the signal readout semiconductor chip can be easily increased.
  • the height of the second placement area with respect to the back surface of the base member is lower than the height of the first placement area.
  • a solid-state imaging device supports the above-described sensor unit, a base member, a solid-state imaging element, and a housing for housing a signal readout semiconductor chip, and supports the back surface of the base member in the casing. And a support member that thermally couples the housing and each other. According to this solid-state imaging device, the heat generated in the signal reading semiconductor chip can be efficiently released from the base member to the housing, so that the influence on the solid-state imaging device can be further effectively reduced.
  • the influence of heat generated from the semiconductor chip on the solid-state imaging device can be reduced.
  • FIG. 1 is a plan view of a solid-state imaging device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section taken along line II-II of the solid-state imaging device shown in FIG. 3 is a diagram showing a cross section taken along line III-III of the solid-state imaging device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the overall shape of the base member.
  • FIG. 5 is a plan view showing a solid-state imaging device and an amplifier chip.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of a part of the solid-state imaging device.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing a section taken along line VII-VII in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an internal configuration of the solid-state imaging device and the amplifier chip.
  • FIG. 1 is a plan view of a solid-state imaging device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section taken along line II-II of the solid-state imaging device shown in FIG. 3 is
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the back surface of the base member.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor unit according to the first modification, and shows a cross-section corresponding to FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor unit according to the second modification, and shows a cross-section corresponding to FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor unit according to the second modification, and shows a cross-section corresponding to FIG.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating an overall shape of a base member included in a sensor unit according to a second modification.
  • FIG. 14 is a perspective view showing various shapes of the base member as a third modification.
  • FIG. 15 is a perspective view showing various shapes of the base member as a third modification.
  • FIG. 16 is a perspective view showing various shapes of the base member as a third modification.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the
  • FIG. 1 is a plan view of a solid-state imaging device 1A according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross section taken along line II-II of the solid-state imaging device 1A shown in FIG. 1, and
  • FIG. 3 is taken along line III-III of the solid-state imaging device 1A shown in FIG. FIG.
  • FIGS. 1 to 3 show an XYZ orthogonal coordinate system.
  • the solid-state imaging device 1A of the present embodiment includes a housing 10, a base member 20A, a solid-state imaging device 30, an amplifier chip 40, a chip mounting board 50, a control board 55, and a scintillator 56.
  • the housing 10 is a substantially rectangular parallelepiped hollow container having a top plate 11 and a bottom plate 12 extending along the XY plane, and a side plate 13 extending along the Z axis, and includes a base member 20A, a solid-state imaging device 30, and an amplifier chip 40.
  • the chip mounting substrate 50, the control substrate 55, and the scintillator 56 are accommodated.
  • the housing 10 is made of a material that blocks radiation (eg, X-rays) that is a detection target of the solid-state imaging device 1A, such as iron.
  • a window member 14 for transmitting the radiation that has reached the solid-state imaging device 1 ⁇ / b> A to the inside of the housing 10 is fitted into the top plate 11 of the housing 10.
  • the window member 14 is made of carbon fiber, aluminum, or the like that transmits radiation incident from the Z-axis direction.
  • the base member 20A, the solid-state imaging device 30, the amplifier chip 40, the chip mounting board 50, the control board 55, and the scintillator 56 constitute the sensor unit 2A in the present embodiment.
  • the base member 20 ⁇ / b> A is a member that supports the solid-state imaging device 30, the amplifier chip 40, the chip mounting substrate 50, the control substrate 55, and the scintillator 56.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the overall shape of the base member 20A.
  • the base member 20A is made of a metal such as iron, aluminum, stainless steel, tungsten alloy, or copper tungsten, and is a plate-like member having a substantially rectangular planar shape, and includes a main surface 21 and a back surface 22 along the XY plane, and a Z axis.
  • a first placement surface 21a as a first placement region and a second placement surface 21b as a second placement region are formed side by side in the X-axis direction.
  • the first placement surface 21a and the second placement surface 21b extend along a predetermined plane (XY plane in the present embodiment) that intersects the thickness direction of the base member 20A.
  • a step is formed between the first placement surface 21a and the second placement surface 21b, and the height H2 of the second placement surface 21b with respect to the flat back surface 22 (ie, the second placement surface).
  • the thickness of the base member 20A on the surface 21b) is lower (thin) than the height H1 of the first mounting surface 21a with respect to the back surface 22 (the thickness of the base member 20A on the first mounting surface 21a).
  • the second placement surface 21b is located on the back surface 22 side with respect to the virtual plane including the first placement surface 21a.
  • the base member 20A further includes a slit (hole) 24 formed between the first placement surface 21a and the second placement surface 21b.
  • the slit 24 penetrates the base member 20 ⁇ / b> A from the main surface 21 to the back surface 22.
  • a plurality of slits 24 are formed in the base member 20A, and the plurality of slits 24 are arranged in a direction along the boundary between the first placement surface 21a and the second placement surface 21b. And each of the directions is formed as a longitudinal direction.
  • the base member 20 ⁇ / b> A further includes a side wall portion 25.
  • the side wall portion 25 is formed to protrude from the first placement surface 21a in the Z-axis direction, and is disposed around the first placement surface 21a.
  • the side wall portion 25 faces a side surface of a solid-state imaging device 30 (described later) mounted on the first placement surface 21a.
  • the pair of side wall portions 25 are arranged in a direction (that is, the Y-axis direction) intersecting the arrangement direction (X-axis direction) of the first placement surface 21 a and the second placement surface 21 b.
  • the first mounting surface 21 a is disposed between the side wall portions 25.
  • the back surface 22 of the base member 20 ⁇ / b> A is supported by the support member 93 on the bottom plate 12 of the housing 10.
  • the support member 93 is made of a material such as iron, aluminum, stainless steel, tungsten alloy, or copper tungsten. Further, the support member 93 may be composed of, for example, a plurality of columnar members as shown in FIG.
  • the base member 20 ⁇ / b> A is thermally coupled to the bottom plate 12 of the housing 10 by the support member 93.
  • the support member 93 may be formed integrally with the base member 20A.
  • the support member 93 is desirably provided at least on the back side of the second placement surface 21b and its peripheral region.
  • the solid-state imaging element 30 is a plate-like element whose planar shape is a rectangle, and includes a substrate 31, a light receiving surface 32 formed on the substrate 31 along the predetermined plane (XY plane), and the light receiving surface 32. And a back surface 33 located on the opposite side.
  • the solid-state imaging device 30 is disposed on the first placement surface 21a so that the back surface 33 and the first placement surface 21a face each other.
  • a scintillator 56 is disposed on the light receiving surface 32. The scintillator 56 receives radiation incident from the window member 14 of the housing 10 and outputs visible scintillation light having an intensity corresponding to the incident intensity of the radiation to the light receiving surface 32.
  • the substrate 31 is preferably constituted by a glass substrate, for example, and is transparent with respect to the wavelength of light incident on the light receiving surface 32 (in this embodiment, scintillation light from the scintillator 56).
  • a part of the side surface 31 a of the substrate 31 and the opposite side wall part 25 are bonded to each other via an adhesive 91, thereby allowing the solid-state imaging device 30 to be bonded. It is fixed to the base member 20A. Note that no adhesive or other material is provided between the back surface 33 of the substrate 31 and the first placement surface 21 a in order to prevent reflection on the light receiving surface 32.
  • the amplifier chip 40 is a signal reading semiconductor chip in the present embodiment, and is constituted by, for example, a C-MOS type IC chip.
  • the amplifier chip 40 and the solid-state imaging device 30 are electrically connected to each other via a bonding wire 92.
  • the amplifier chip 40 converts and amplifies the signal (charge) output from the solid-state imaging device 30 into a voltage signal, and outputs the voltage signal to the outside of the solid-state imaging device 1A.
  • the amplifier chip 40 is mounted on a chip mounting board (wiring board) 50 disposed on the second mounting surface 21b of the base member 20A.
  • the chip mounting substrate 50 is, for example, a glass epoxy substrate, and is supported on the second mounting surface 21b via a connector 51 disposed on the back surface side.
  • the amplifier chip 40 is mounted on the surface of the chip mounting substrate 50, and the amplifier chip 40 and the chip mounting substrate 50 are electrically connected to each other via bonding wires 96.
  • the connector 51 penetrates the base member 20A from the main surface 21 side to the back surface 22 side of the base member 20A, and the amplifier chip 40 is electrically connected to the control board 55 via the connector 51.
  • the control board 55 includes a circuit for controlling operations of the amplifier chip 40 and the solid-state imaging device 30 and supplying power to them.
  • the chip mounting substrate 50 has a thermal via 53.
  • the thermal via 53 is configured by embedding a material (for example, metal) whose thermal conductivity is extremely higher than that of the chip mounting substrate 50 in a through hole formed in the thickness direction of the chip mounting substrate 50.
  • a thermal conductive resin 54 is provided between the thermal via 53 and the second mounting surface 21b, and the amplifier chip 40 is thermally connected to the base member 20A via the thermal via 53 and the thermal conductive resin 54.
  • a metal frame 15 is provided on the main surface 21 of the base member 20A.
  • the frame 15 covers and protects the solid-state imaging device 30 and the amplifier chip 40 disposed on the main surface 21.
  • a window material 16 is fitted into a portion of the frame 15 located between the window material 14 of the housing 10 and the light receiving surface 32 of the solid-state imaging device 30.
  • the window material 16 is made of carbon fiber, aluminum, or the like that transmits the radiation incident from the window material 14 to the light receiving surface 32.
  • the solid-state imaging device 1A is used in, for example, a medical X-ray imaging system, and captures an X-ray image of a subject's jaw using imaging modes such as panoramic imaging, cephalometric imaging, and CT imaging particularly in dentistry. It is suitable for the system to do.
  • the solid-state imaging device 30 of the present embodiment includes a thin film transistor in which polycrystalline silicon is deposited on a large-area glass substrate and a photodiode in which amorphous silicon is deposited.
  • FIG. 5 to 7 are diagrams showing configurations of the solid-state imaging device 30 and the amplifier chip 40 in the present embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view showing the solid-state image sensor 30 and the amplifier chip 40
  • FIG. 6 is an enlarged plan view of a part of the solid-state image sensor 30.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing a section taken along line VII-VII in FIG. 5 to 7 also show the XYZ rectangular coordinate system for easy understanding.
  • the solid-state imaging device 30 includes a glass substrate 31, a light receiving surface 32 formed on the main surface of the glass substrate 31, and a vertical shift register 34.
  • the vertical shift register 34 is disposed adjacent to the light receiving surface 32.
  • the light receiving surface 32 is configured by two-dimensionally arranging M ⁇ N pixels in M rows and N columns.
  • the pixel P m, n shown in FIG. 6 is a pixel located in the m-th row and the n-th column.
  • m is an integer from 1 to M
  • n is an integer from 1 to N.
  • the column direction matches the X-axis direction
  • the row direction matches the Y-axis direction.
  • Each of the plurality of pixels P 1,1 to P M, N included in the light receiving surface 32 includes a photodiode PD and a readout switch SW 1 .
  • One end of the readout switch SW 1 (one current terminal) is connected to the photodiode PD.
  • the other end of the readout switch SW 1 (the other current terminal), the corresponding readout wiring line (for example, the pixel P m, the case of n, the n-th column readout wiring L O, n) is connected to.
  • the control terminal of the readout switch SW 1 is connected to a corresponding row selection wiring (for example , in the case of the pixel P m, n , the m-th row selection wiring L V, m ).
  • a silicon film 35 is provided on the entire surface of the glass substrate 31.
  • the photodiode PD, readout switch SW 1 , and n-th column readout wiring L O, n are formed on the surface of the silicon film 35.
  • the photodiode PD, the readout switch SW 1 , and the n-th column readout wiring L O, n are covered with an insulating layer 36, and a scintillator 56 covers the entire surface of the glass substrate 31 on the insulating layer 36. Is provided.
  • the photodiode PD includes, for example, amorphous silicon.
  • the photodiode PD of this embodiment includes an n-type semiconductor layer 61 made of n-type polycrystalline silicon, an i-type semiconductor layer 62 made of i-type amorphous silicon provided on the n-type semiconductor layer 61, and an i-type semiconductor layer. And a p-type semiconductor layer 63 made of p-type amorphous silicon.
  • readout switch SW 1 is a thin film transistor formed by polycrystalline silicon; a (TFT Thin Film Transistor), having the structure as a field effect transistor (FET).
  • the read switch SW 1 includes a channel region 64, a source region 65 disposed along one side surface of the channel region 64, a drain region 66 disposed along the other side surface of the channel region 64, A gate insulating film 67 and a gate electrode 68 are formed on the channel region 64.
  • the n-th column readout wiring L O, n is made of metal.
  • the scintillator 56 generates scintillation light according to the incident radiation, converts the radiation image into an optical image, and outputs the optical image to the light receiving surface 32.
  • Low temperature polycrystalline silicon is polycrystalline silicon formed at a process temperature of 100-600 ° C. Since the process temperature range of 100 to 600 ° C. is a temperature range in which alkali-free glass can be used as a substrate, it is possible to produce a light-receiving surface 32 having a large area on the glass substrate.
  • the alkali-free glass is a plate-like glass having a thickness of 0.3 to 1.2 mm, for example, and is used as a so-called substrate glass. This alkali-free glass contains almost no alkali, has a low expansion coefficient and high heat resistance, and has stable characteristics.
  • the mobility of the low-temperature polycrystalline silicon-based device is 10 to 600 cm 2 / Vs, which can be higher than the mobility of amorphous silicon (0.3 to 1.0 cm 2 / Vs). That is, the on-resistance can be lowered.
  • n-type semiconductor layer 61 of the photodiode PD, the channel region 64 of the readout switch SW 1, the source region 65 and drain region 66 may be configured by amorphous silicon. Even in such a case, the effects (described later) of the sensor unit 2A of the present embodiment can be suitably achieved.
  • the pixel Pm, n as shown in FIG. 7 is manufactured by the following process, for example.
  • amorphous silicon is formed on the glass substrate 31.
  • plasma CVD is suitable as the film forming method.
  • the amorphous silicon film is sequentially irradiated with excimer laser annealing to form polycrystalline silicon on the entire surface of the amorphous silicon film.
  • the silicon film 35 is formed.
  • an SiO 2 film as a gate insulating film 67 is formed on a partial region of the silicon film 35 which is a polycrystalline silicon layer, and then a gate electrode 68 is formed thereon.
  • ions are implanted into regions to be the source region 65 and the drain region 66.
  • the silicon film 35 is patterned, and exposure and etching are repeatedly performed to form other electrodes and contact holes. Further, after ions are implanted into the region to be the pixel P m, n in the silicon film 35 to make it n-type, i-type and p-type amorphous silicon layers (that is, the i-type semiconductor layer 62 and the p-type are formed thereon). Semiconductor layers 63) are sequentially stacked to form a PIN photodiode PD. Thereafter, a passivation film to be the insulating layer 36 is formed.
  • the solid-state imaging device 1 ⁇ / b> A includes a plurality of amplifier chips 40, and the plurality of amplifier chips 40 constitutes one signal connection unit 41.
  • the signal connection unit 41 holds a voltage value corresponding to the amount of charge output from each of the pixels P 1,1 to P m, n on the light receiving surface 32, and sequentially outputs the held voltage value for each row. To do.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the internal configuration of the solid-state imaging device 30 and the amplifier chip 40.
  • the light receiving surface 32 is formed by two-dimensionally arranging M ⁇ N pixels P 1,1 to P M, N in M rows and N columns.
  • Each of the M row selection wirings LV , 1 to LV , M is configured by a single wiring extending from the first column to the Nth column.
  • the N pixels P m, 1 to P m, N in the m-th row are connected to the vertical shift register 34 via the m-th row selection wiring LV , m .
  • the vertical shift register 34 is connected to one end of the m-th row selection wiring LV , m .
  • the signal connection unit 41 (that is, the plurality of amplifier chips 40) has N integration circuits S 1 to S N and N holding circuits H 1 to H N provided for each column.
  • the integrating circuits S 1 to S N and the holding circuits H 1 to H N are connected to each other in series for each column.
  • the integration circuits S 1 to S N have a common configuration.
  • the holding circuits H 1 to H N have a common configuration.
  • M pixels P 1, n ⁇ P M, n respective output terminals, wiring L O for the n-th column readout, through n, are connected to the input terminal of the integrating circuit S n of the signal connections 41 .
  • the integration circuits S 1 to S N have input terminals connected to the column readout wirings L O, 1 to L O, N , respectively, accumulate charges input to these input terminals, and store the stored charge amount Is output from the output terminal to the holding circuits H 1 to H N.
  • Integrating circuits S 1 ⁇ S N are connected to the control unit 37 via a common reset line L R.
  • the holding circuits H 1 to H N each have an input terminal connected to the output terminals of the integrating circuits S 1 to S N , hold the voltage value input to the input terminal, and output the held voltage value Output from the end to the voltage output wiring Lout.
  • the holding circuits H 1 to H N are connected to the control unit 37 via a common holding wiring L H.
  • Each of the holding circuits H 1 to H N is connected to the horizontal shift register 38 via the first column selection wiring L S, 1 to the Nth column selection wiring L S, N.
  • the vertical shift register 34 outputs the m-th row selection control signal Vsel (m) to the m-th row selection wiring LV , m, and each of the N pixels P m, 1 to P m, N in the m-th row.
  • the m-th row selection control signal Vsel (m) is provided.
  • the M row selection control signals Vsel (1) to Vsel (M) are sequentially set to significant values.
  • the horizontal shift register 38 outputs the column selection control signals Hshift (1) to Hshift (N) to the column selection wirings L S, 1 to L S, N , and these column selection control signals Hshift (1). ... To Hshift (N) are supplied to the holding circuits H 1 to H N.
  • the column selection control signals Hshift (1) to Hshift (N) are also sequentially set to significant values.
  • the control unit 37 outputs a reset control signal Reset to the reset wiring L R, giving the reset control signal Reset to the N integrating circuits S 1 ⁇ S N, respectively.
  • Control unit 37 outputs a holding control signal Hold to the holding wiring L H, it gives the holding control signal Hold to the N holding circuits H 1 ⁇ H N, respectively.
  • the solid-state imaging device 30 is disposed on a certain surface (first placement surface 21a) of the metal base member 20A, and the amplifier chip 40 is made of metal. It is mounted on the chip mounting substrate 50 on another surface (second mounting surface 21b) of the manufactured base member 20A.
  • the solid-state imaging device 30 and the amplifier chip 40 are arranged on the mounting surfaces 21a and 21b on the metal base member 20A having high thermal conductivity, so that heat generated in the amplifier chip 40 is generated. Since it is effectively diffused and hardly reaches the solid-state image sensor 30, the influence on the solid-state image sensor 30 due to heat generated from the amplifier chip 40 can be effectively reduced.
  • the chip mounting substrate 50 has a thermal via 53, and the amplifier chip 40 is thermally coupled to the base member 20A via the thermal via 53.
  • the heat of the amplifier chip 40 can be more efficiently transmitted to the base member 20A, and heat diffusion in the base member 20A can be promoted.
  • the base member 20A has a side wall portion 25 that faces the side surface of the solid-state imaging device 30. Therefore, since the positioning of the solid-state imaging device 30 on the base member 20A is facilitated, the accuracy of wire bonding between the solid-state imaging device 30 and the amplifier chip 40 can be easily increased.
  • the height H2 of the second placement surface 21b with respect to the back surface 22 is lower than the height H1 of the first placement surface 21a.
  • the base member 20A is formed between the first placement surface 21a and the second placement surface 21b, and the main surface 21 to the back surface 22 are formed. It is preferable to have a slit 24 penetrating the base member 20A. Since the slit 24 is formed in the base member 20A, the heat conduction between the first placement surface 21a and the second placement surface 21b can be cut off. It is possible to further effectively reduce the influence on the solid-state imaging device 30 due to the above.
  • the solid-state imaging device 1A and the sensor unit 2A include a scintillator 56 that is disposed on the solid-state imaging device 30 and outputs light having an intensity corresponding to the incident intensity of radiation to the light receiving surface 32. Also good.
  • the solid-state imaging device 30 is arranged on the first placement surface 21a so that the back surface 33 of the solid-state imaging device 30 and the first placement surface 21a face each other. Therefore, part of the radiation incident on the scintillator 56 may pass through the solid-state imaging device 30 and reach the first placement surface 21a.
  • the base member 20A is made of metal in the sensor unit 2A, it is possible to prevent radiation from passing through the base member 20A. Thereby, for example, even when the control board 55 or the like is disposed on the back side of the base member 20A, the control board 55 or the like can be sufficiently protected from radiation.
  • the solid-state imaging device 1A and the sensor unit 2A are solid when the solid-state imaging device 30 has a substrate 31 that is transparent to the wavelength of incident light on the light receiving surface 32. It is preferable that the solid-state imaging device 30 is fixed to the base member 20A by bonding the side surface of the imaging device 30 and the side wall portion 25 to each other.
  • positioning of the adhesive agent between the back surface 33 of the solid-state image sensor 30 and the 1st mounting surface 21a of base member 20A can be abbreviate
  • the heat transmitted from the base member 20A to the back surface 33 of the solid-state imaging device 30 can be kept small.
  • the thermal conductive resin 54 is interposed between the thermal via 53 of the chip mounting substrate 50 and the second mounting surface 21b of the base member 20A. Thereby, the heat generated in the amplifier chip 40 can be transmitted to the base member 20A more efficiently.
  • the solid-state imaging device 1A supports the back surface 22 of the base member 20A in the housing 10 and includes a support member 93 that thermally couples the base member 20A and the housing 10 to each other. It is preferable to provide. Thereby, since the heat generated in the amplifier chip 40 can be efficiently released from the base member 20A to the housing 10, the influence on the solid-state imaging element 30 can be further effectively reduced.
  • the support member 93 is preferably provided at least on the back side of the second placement surface 21b, and the area ratio occupied by the support member 93 in the region in the back surface 22 corresponding to the back side of the second placement surface 21b is
  • the area ratio in the back surface 22 corresponding to the back side of the first placement surface 21a is preferably larger than the area ratio occupied by the support member 93.
  • FIG. 9 is a diagram showing the back surface 22 of the base member 20A and the support member 93 attached to the back surface 22.
  • a plurality of columnar support members 93 are provided. And a part of several support member 93 is arrange
  • region A1 includes the periphery on the back side of the first placement surface 21a, and includes, for example, a region corresponding to the back side of the side wall portion 25.
  • area A2 includes the periphery on the back side of the second placement surface 21b.
  • the number of support members 93 in the region A2 is equal to the number of support members 93 in the region A1, and the cross-sectional areas of these support members 93 are all equal.
  • the area of the area A2 is smaller than the area of the area A1. Accordingly, the area ratio of the attachment region of the support member 93 in the region A2 is larger than the area ratio of the attachment region of the support member 93 in the region A1.
  • the plurality of support members 93 are arranged side by side on the peripheral edge of the back surface 22, but the arrangement of the plurality of support members 93 is not limited to this. Further, for example, by making the cross-sectional area of the support member 93 in the area A2 larger than the cross-sectional area of the support member 93 in the area A1, or the number of the support members 93 in the area A2 is larger than the number of the support members 93 in the area A1. By increasing the number, the relationship of the area ratio of the support member 93 on the back surface 22 as described above may be realized.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state imaging device 1B according to a first modification of the above embodiment, and shows a cross section corresponding to FIG. 2 of the above embodiment.
  • the sensor unit 2B included in the solid-state imaging device 1B according to the present modification further includes a light shielding film (or light shielding tape) 70 in addition to the configuration of the sensor unit 2A according to the above embodiment.
  • the light shielding film 70 is formed on the back surface 33 of the glass substrate 31 of the solid-state imaging device 30, and blocks light that is output from the scintillator 56 and attempts to pass through the glass substrate 31.
  • an adhesive 94 is disposed between the light shielding film 70 and the first placement surface 21a, and the solid-state imaging device 30 and the base member 20A are fixed to each other by the adhesive 94.
  • the sensor unit may further include a light shielding film 70 on the back surface 33 of the solid-state imaging device 30.
  • FIG. 11 and 12 are cross-sectional views showing the configuration of a solid-state imaging device 1C according to one modification.
  • FIG. 11 shows a cross section corresponding to FIG. 2 of the above embodiment
  • FIG. 12 shows a cross section corresponding to FIG. 3 of the above embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the overall shape of a base member 20C included in the solid-state imaging device 1C.
  • the base member 20C of this modification has a main surface 21 and a back surface 22 along the XY plane, and a side surface 23 along the Z axis, similarly to the base member 20A of the above embodiment. And the 1st mounting surface 21a and the 2nd mounting surface 21b are formed in the main surface 21 along with the X-axis direction. Also in the present embodiment, the height H2 of the second placement surface 21b with respect to the flat back surface 22 (that is, the thickness of the base member 20C on the second placement surface 21b) is the first height with respect to the back surface 22. It is lower (thin) than the height H1 of one mounting surface 21a (the thickness of the base member 20C on the first mounting surface 21a).
  • the first placement surface 21a all four sides of the first placement surface 21a are surrounded by the side wall portion 26 that protrudes from the first placement surface 21a in the Z-axis direction.
  • the first concave portion 27 is formed in the main surface 21 with the first placement surface 21 a as the bottom surface and the side wall portion 26 as the side surface.
  • all four sides of the second placement surface 21b are surrounded by side wall portions 28 that protrude from the second placement surface 21b in the Z-axis direction.
  • a second recess 29 is formed in the main surface 21 with the second placement surface 21b as a bottom surface and the side wall portion 28 as a side surface.
  • the side wall portion 26 of the first recess 27 faces the four side surfaces of the solid-state imaging device 30 mounted on the first placement surface 21a.
  • the solid-state imaging device 30 is fitted into the first recess 27, and the four side surfaces 31 a of the substrate 31 of the solid-state imaging device 30 and the opposing side wall portions 26 are bonded to each other via an adhesive 95.
  • the solid-state imaging device 30 is firmly fixed to the base member 20C.
  • the base member 20C has a first concave portion 27 formed with the first mounting surface 21a as a bottom surface and the side wall portion 26 as a side surface, and a second mounting surface 21b formed with a second mounting surface 21b as a bottom surface.
  • Two recesses 29 may be provided.
  • the distance H2 between the back surface 22 of the base member 20C and the second placement surface 21b is the depth of the second recess 29. It is preferable that it is larger than D2.
  • FIGS. 14 to 16 are perspective views showing various shapes of the base member as a third modification of the embodiment.
  • the difference between the base member 20D shown in FIG. 14 and the base member 20A of the first embodiment is the shape of the slit.
  • the base member 20D of this modification has a slit (hole) 71 instead of the slit 24 of the first embodiment.
  • the slit 71 is formed between the first placement surface 21 a and the second placement surface 21 b and penetrates the base member 20 ⁇ / b> D from the main surface 21 to the back surface 22.
  • one slit 71 is formed in the base member 20D, and the slit 71 has a direction along the boundary between the first placement surface 21a and the second placement surface 21b (that is, the Y-axis direction). It is formed as a longitudinal direction and has a length equivalent to the width of the first placement surface 21a in the direction.
  • a single slit may be formed in the base member, or it may have various other shapes.
  • the slit of the base member is not essential, and even if the slit is not formed, the effect of the first embodiment can be sufficiently obtained.
  • blocks the heat conduction between a 1st mounting surface and a 2nd mounting surface is not restricted to the slit which penetrates a base member,
  • a 1st mounting surface and a 2nd mounting surface May be a groove (concave portion) formed on at least one of the front surface and the back surface of the base member.
  • a base member 20E shown in FIG. 15 has a side wall 72 instead of the side wall 25 of the first embodiment.
  • the side wall portions 72 are formed so as to protrude from the first placement surface 21a in the Z-axis direction, and are discretely arranged around the first placement surface 21a (for example, at the four corners of the first placement surface 21a). Yes.
  • These side wall parts 72 oppose the side surface of the solid-state image sensor 30 mounted on the 1st mounting surface 21a. In the example shown in FIG.
  • the pair of side wall portions 72 are formed side by side in the Y axis direction on one end side of the first placement surface 21 a in the X axis direction, and another pair of side wall portions 72. Are formed side by side in the Y-axis direction on the other end side of the first placement surface 21a in the X-axis direction.
  • the base member 20F shown in FIG. 16 has a side wall portion 73 instead of the side wall portion 25 of the first embodiment.
  • the side wall portion 73 is formed to protrude in the Z-axis direction from the first placement surface 21a and the second placement surface 21b, and a pair of side wall portions 73 extending in the X-axis direction are formed side by side in the Y-axis direction. ing.
  • a pair of side wall portions 73 extends from both sides of the first placement surface 21 a to both sides of the second placement surface 21 b, and the first placement surface is between these side wall portions 25. 21a and the second mounting surface 21b are arranged.
  • the side wall portion of the base member can have various shapes without being limited to the form shown in FIG.
  • the side wall 73 extends from the side of the first placement surface 21a to the side of the second placement surface 21b, so that the bending strength of the base member is increased. Can be further increased.
  • the sensor unit and the solid-state imaging device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible.
  • a sensor unit and a solid-state imaging device that include a scintillator and capture a radiation image are illustrated.
  • the sensor unit and the solid-state imaging device according to the present invention are solid-state imaging from the outside. You may provide the structure for imaging the optical image which reaches
  • first placement surface and the second placement surface along a predetermined plane are shown as examples of the first placement region and the second placement region.
  • the first placement region and the second placement region in the invention are not limited to flat surfaces, and for example, a region having an unevenness, a region having a curved surface, or a groove, a depression, an opening, or the like is formed in part. It may be an area.
  • a groove or a recess may be formed between the first placement region and the second placement region on the front surface and / or the back surface of the base member.
  • the first mounting region is a metal member having a main surface and a back surface, and the second mounting region whose height relative to the back surface is lower than the first mounting region.
  • the base member further includes a side wall portion that faces the side surface of the solid-state imaging device, and the signal reading semiconductor chip and the solid-state imaging device are electrically connected to each other via a bonding wire.
  • the wiring board has thermal vias and Semiconductor chip reading is a configuration that is thermally coupled to the base member through a thermal via.
  • the base member may be formed between the first placement region and the second placement region, and may further include a hole that penetrates the base member from the main surface to the back surface. Since such a hole is formed in the base member, the heat conduction between the first mounting region and the second mounting region can be cut off, so that the solid-state imaging device due to heat generated from the semiconductor chip can be obtained. Can be more effectively reduced.
  • the sensor unit may further include a scintillator disposed on the solid-state imaging device and outputting light having an intensity corresponding to the incident intensity of radiation to the light receiving surface.
  • the solid-state image sensor is disposed on the first placement area so that the back surface of the solid-state image sensor and the first placement area face each other. Therefore, part of the radiation incident on the scintillator may pass through the solid-state imaging device and reach the first placement region. Even in such a case, since the base member is made of metal in the sensor unit, radiation can be prevented from passing through the base member. Thereby, for example, even when a control board or the like is disposed on the back side of the base member, the control board or the like can be sufficiently protected from radiation.
  • the sensor unit has a configuration in which the base member has a first recess formed with the first mounting region as a bottom surface and a side wall portion as a side surface, and a second recess formed with the second mounting region as a bottom surface. It is good. Thereby, since the thickness of a base member can fully be ensured in areas other than the first placement area and the second placement area, the radiation shielding effect by the base member can be further enhanced. Further, the light receiving surface can be easily and accurately positioned by fitting the solid-state imaging device into the first recess.
  • the sensor unit may be configured such that the distance between the back surface of the base member and the second placement region is larger than the depth of the second recess.
  • the solid-state imaging device has a substrate that is transparent to the wavelength of light incident on the light receiving surface, and the side surface and the side wall of the solid-state imaging device are bonded to each other, thereby May be fixed to the base member.
  • the sensor unit may be configured such that the solid-state imaging device has a substrate transparent to the wavelength of light incident on the light receiving surface, and a light-shielding film is provided on the back surface of the solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device has a substrate transparent to the wavelength of light incident on the light receiving surface, and a light-shielding film is provided on the back surface of the solid-state imaging device.
  • any one of the sensor units described above a housing that houses the base member, the solid-state imaging device, and the signal reading semiconductor chip, and the back surface of the base member are supported in the housing.
  • the base member and the housing are configured to include a support member that is thermally coupled to each other. According to this solid-state imaging device, the heat generated in the signal reading semiconductor chip can be efficiently released from the base member to the housing, so that the influence on the solid-state imaging device can be further effectively reduced.
  • the area ratio occupied by the support member in the region in the back surface of the base member corresponding to the back side of the second mounting region is a region in the back surface of the base member corresponding to the back side of the first mounting region. It is good also as a structure larger than the area ratio which a supporting member occupies. Thereby, the heat generated in the signal reading semiconductor chip can be more efficiently released from the base member to the housing.
  • the present invention can be used as a sensor unit and a solid-state imaging device that can reduce the influence of heat generated from a semiconductor chip on a solid-state imaging device.
  • Solid-state imaging device 2A, 2B ... Sensor unit, 10 ... Housing, 14, 16 ... Window material, 15 ... Frame, 20A-20F ... Base member, 21 ... Main surface, 21a ... First mounting Surface, 21b ... second mounting surface, 22 ... back surface, 23 ... side surface, 24 ... slit, 25, 26, 28 ... side wall portion, 27 ... first recess, 29 ... second recess, 30 ... solid-state image sensor, 31 ... (Glass) substrate, 32 ... Light receiving surface, 33 ... Back surface, 40 ... Amplifier chip, 50 ... Chip mounting substrate, 51 ... Connector, 53 ... Thermal via, 54 ... Thermally conductive resin, 55 ... Control board, 56 ... Scintillator 91, 94, 95 ... adhesive, 92, 96 ... bonding wire, 93 ... support member.

Landscapes

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Abstract

　センサユニット２Ａは、金属製のベース部材２０Ａと、固体撮像素子３０と、アンプチップ４０とを備える。ベース部材２０Ａは、第一載置面２１ａ及び第二載置面２１ｂとを有する。固体撮像素子３０は、受光面３２を有し、裏面３３と第一載置面２１ａとが互いに対向するように第一載置面２１ａ上に配置されている。アンプチップ４０は、第二載置面２１ｂ上に配置された基板５０上に実装されている。ベース部材２０Ａは、固体撮像素子３０の側面と対向する側壁部２５を更に有する。チップ４０と固体撮像素子３０とは、ボンディングワイヤ９２を介して互いに電気的に接続されている。チップ４０は、基板５０のサーマルビア５３を介してベース部材２０Ａと熱的に結合されている。

Description

センサユニット及び固体撮像装置
　本発明は、センサユニット及び固体撮像装置に関するものである。
　特許文献１には、Ｘ線検出装置が記載されている。このＸ線検出装置は、アモルファスシリコンを構成材料とするセンサ基板と、シフトレジスタ及び検出用集積回路が実装されたフレキシブル回路基板とを備えている。センサ基板上には、Ｘ線を可視光に変換するための蛍光体（ＣｓＩ）が設けられている。
特開２００５－３２６４０３号公報
　複数行及び複数列にわたって画素が二次元状に配置された受光面を有する固体撮像素子では、各列の画素から転送された信号（電荷）を増幅して順次出力する為に、積分回路や電圧保持回路が設けられる。これらの回路は、一枚の基板上に受光面と並んで形成される場合のほかに、該基板とは別の半導体チップに形成される場合がある。
　例えば、医療用Ｘ線撮像システムの用途等において、大面積のガラス基板上に、多結晶シリコンが堆積されて成る薄膜トランジスタや、アモルファスシリコンが堆積されて成るフォトダイオードを備えることにより、単結晶シリコンウェハから作製される従来の固体撮像素子と比較して格段に広い受光面積（例えば、一辺３０ｃｍ～４０ｃｍ程度）を有する固体撮像素子が開発されている。例えばそのような構成を備える固体撮像素子では、積分回路や電圧保持回路をガラス基板上に多結晶シリコンで形成するよりも、これらの回路をＣＭＯＳ型の半導体チップに形成し、この半導体チップと固体撮像素子とをボンディングワイヤ等で接続する方が動作速度の点で好ましい場合がある。
　図１７は、そのような方式を備えるセンサユニットの例を示す断面図である。このセンサユニット１００は、複数の画素を有する固体撮像素子１０１と、積分回路や電圧保持回路を内蔵する半導体チップ１０２とを備えている。固体撮像素子１０１と半導体チップ１０２とは、一枚の配線基板（ガラスエポキシ基板）１０７の表面上に実装（ダイボンディング）されており、ボンディングワイヤ１０６によって互いに電気的に接続されている。固体撮像素子１０１の受光面上にはシンチレータ１０３が配置され、Ｘ線等の放射線が可視光に変換されて固体撮像素子１０１の受光面に入射する。なお、センサユニット１００は、固体撮像素子１０１及び半導体チップ１０２を収容する筐体（不図示）を更に備えてもよい。筐体には、センサユニット１００に到達した放射線を固体撮像素子１０１に向けて透過する窓材が設けられる。また、配線基板１０７の裏面側には、鉄製のベース基板１０８および制御基板１０９が配置される。
　しかしながら、図１７に示された構成では、次の問題が生じる。積分回路や電圧保持回路を内蔵する半導体チップ１０２では、固体撮像素子１０１と比較して発熱量が大きくなる。そして、センサユニット１００のように、固体撮像素子１０１と半導体チップ１０２とが共通の配線基板１０７上に実装される構造では、半導体チップ１０２において生じた熱が、配線基板１０７を介して固体撮像素子１０１の付近に到達し易い。その結果、各画素を構成するフォトダイオードの暗電流が増大し、また、シンチレータ１０３の機能を低下させるおそれがある。特に、大面積のガラス基板上にシリコンが堆積されて成る固体撮像素子では、画素数が格段に多く、半導体チップの個数も多くなるので、半導体チップの発熱量も大きくなり、上記の問題点が顕著となる。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、半導体チップからの発熱の固体撮像素子への影響を低減できるセンサユニット及び固体撮像装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本発明によるセンサユニットは、主面及び裏面を有する金属製の部材であって、第一載置領域と、裏面を基準とする高さが第一載置領域よりも低い第二載置領域とが主面に形成されたベース部材と、受光面と、該受光面の反対側に位置する裏面とを有し、該裏面と第一載置領域とが互いに対向するように第一載置領域上に配置された固体撮像素子と、ベース部材の第二載置領域上に配置された配線基板上に実装され、固体撮像素子から出力される信号を増幅して出力する信号読出用半導体チップとを備え、ベース部材は、固体撮像素子の側面と対向する側壁部を更に有しており、信号読出用半導体チップと固体撮像素子とは、ボンディングワイヤを介して互いに電気的に接続されており、配線基板がサーマルビアを有しており、信号読出用半導体チップがサーマルビアを介してベース部材と熱的に結合されていることを特徴とする。
　このセンサユニットでは、金属製のベース部材の或る面（第一載置領域）上に固体撮像素子が配置されており、信号読出用半導体チップは、金属製のベース部材の別の面（第二載置領域）上において、配線基板上に実装されている。このように、熱伝導性が高い金属製のベース部材上の各載置領域上に固体撮像素子及び信号読出用半導体チップがそれぞれ配置されることにより、信号読出用半導体チップにおいて生じた熱が効果的に拡散され、固体撮像素子へ到達しにくくなるので、半導体チップからの発熱による固体撮像素子への影響を効果的に低減することができる。更に、このセンサユニットでは、配線基板がサーマルビアを有しており、信号読出用半導体チップがサーマルビアを介してベース部材と熱的に結合されている。このような構成により、信号読出用半導体チップの熱をベース部材へ更に効率良く伝えることができ、ベース部材における熱拡散を促進することができる。
　また、上記センサユニットでは、ベース部材が、固体撮像素子の側面と対向する側壁部を有している。これにより、ベース部材上における固体撮像素子の位置決めが容易となるので、固体撮像素子と信号読出用半導体チップとのワイヤボンディングの精度を容易に高めることができる。
　また、上記センサユニットでは、ベース部材の裏面を基準とする第二載置領域の高さが、第一載置領域の高さよりも低くなっている。これにより、配線基板上に実装される信号読出用半導体チップの上面高さと、固体撮像素子の上面高さとの差を小さくして、ワイヤボンディングを好適に行うことができる。
　また、本発明による固体撮像装置は、上記したセンサユニットと、ベース部材、固体撮像素子、及び信号読出用半導体チップを収容する筐体と、筐体内においてベース部材の裏面を支持するとともに、ベース部材と筐体とを互いに熱的に結合する支持部材とを備えることを特徴とする。この固体撮像装置によれば、信号読出用半導体チップにおいて発生した熱をベース部材から筐体へ効率良く逃がすことができるので、固体撮像素子への影響を更に効果的に低減することができる。
　本発明によるセンサユニット及び固体撮像装置によれば、半導体チップからの発熱の固体撮像素子への影響を低減できる。
図１は、一実施形態に係る固体撮像装置の平面図である。 図２は、図１に示された固体撮像装置のII－II線に沿った断面を示す図である。 図３は、図１に示された固体撮像装置のIII－III線に沿った断面を示す図である。 図４は、ベース部材の全体形状を示す斜視図である。 図５は、固体撮像素子及びアンプチップを示す平面図である。 図６は、固体撮像素子の一部を拡大した平面図である。 図７は、図６のVII－VII線に沿った断面を示す側断面図である。 図８は、固体撮像素子及びアンプチップの内部構成を示す図である。 図９は、ベース部材の裏面を示す図である。 図１０は、第１変形例に係るセンサユニットの構成を示す断面図であって、図２に相当する断面を示している。 図１１は、第２変形例に係るセンサユニットの構成を示す断面図であって、図２に相当する断面を示している。 図１２は、第２変形例に係るセンサユニットの構成を示す断面図であって、図３に相当する断面を示している。 図１３は、第２変形例に係るセンサユニットが備えるベース部材の全体形状を示す斜視図である。 図１４は、第３変形例として、ベース部材の様々な形状を示す斜視図である。 図１５は、第３変形例として、ベース部材の様々な形状を示す斜視図である。 図１６は、第３変形例として、ベース部材の様々な形状を示す斜視図である。 図１７は、センサユニットの構成例を示す断面図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明によるセンサユニット及び固体撮像装置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、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置１Ａの平面図である。図２は、図１に示された固体撮像装置１ＡのII－II線に沿った断面を示す図であり、図３は、図１に示された固体撮像装置１ＡのIII－III線に沿った断面を示す図である。なお、理解の容易の為に、図１～図３にはＸＹＺ直交座標系が示されている。
　図１～図３に示されるように、本実施形態の固体撮像装置１Ａは、筐体１０、ベース部材２０Ａ、固体撮像素子３０、アンプチップ４０、チップ搭載基板５０、制御基板５５、及びシンチレータ５６を備える。筐体１０は、ＸＹ平面に沿って延びる天板１１及び底板１２、並びにＺ軸に沿って延びる側板１３を有する略直方体状の中空容器であり、ベース部材２０Ａ、固体撮像素子３０、アンプチップ４０、チップ搭載基板５０、制御基板５５、及びシンチレータ５６を収容する。筐体１０は、固体撮像装置１Ａの検出対象である放射線（例えばＸ線）を遮る材料、例えば鉄等によって構成される。筐体１０の天板１１には、固体撮像装置１Ａに到達した放射線を筐体１０の内部へ透過するための窓材１４が嵌め込まれている。窓材１４は、Ｚ軸方向から入射した放射線を透過するカーボンファイバやアルミニウム等からなる。
　ベース部材２０Ａ、固体撮像素子３０、アンプチップ４０、チップ搭載基板５０、制御基板５５、及びシンチレータ５６は、本実施形態におけるセンサユニット２Ａを構成する。ベース部材２０Ａは、固体撮像素子３０、アンプチップ４０、チップ搭載基板５０、制御基板５５、及びシンチレータ５６を支持する部材である。図４は、ベース部材２０Ａの全体形状を示す斜視図である。ベース部材２０Ａは、例えば鉄、アルミニウム、ステンレス、タングステン合金、銅タングステンといった金属から成り、平面形状が略長方形の板状部材であって、ＸＹ平面に沿った主面２１及び裏面２２、並びにＺ軸に沿った側面２３を有する。主面２１には、第一載置領域としての第一載置面２１ａ、及び第二載置領域としての第二載置面２１ｂが、Ｘ軸方向に並んで形成されている。第一載置面２１ａ及び第二載置面２１ｂは、ベース部材２０Ａの厚さ方向と交差する所定平面（本実施形態ではＸＹ平面）に沿って延びている。第一載置面２１ａと第二載置面２１ｂとの間には段差が形成されており、平坦な裏面２２を基準とする第二載置面２１ｂの高さＨ２（すなわち、第二載置面２１ｂにおけるベース部材２０Ａの厚さ）は、裏面２２を基準とする第一載置面２１ａの高さＨ１（第一載置面２１ａにおけるベース部材２０Ａの厚さ）よりも低い（薄い）。換言すれば、第二載置面２１ｂは、第一載置面２１ａを含む仮想平面に対して、裏面２２側に位置している。
　ベース部材２０Ａは、第一載置面２１ａと第二載置面２１ｂとの間に形成されたスリット（孔）２４を更に有する。スリット２４は、主面２１から裏面２２にわたってベース部材２０Ａを貫通している。本実施形態では、ベース部材２０Ａに複数のスリット２４が形成されており、これら複数のスリット２４は、第一載置面２１ａと第二載置面２１ｂとの境界に沿った方向に並んでおり、且つ該方向を長手方向としてそれぞれ形成されている。
　ベース部材２０Ａは、側壁部２５を更に有する。側壁部２５は、第一載置面２１ａからＺ軸方向に突出して形成されており、第一載置面２１ａの周囲に配置されている。側壁部２５は、第一載置面２１ａ上に搭載される固体撮像素子３０（後述）の側面と対向する。図４に示された形態では、一対の側壁部２５が、第一載置面２１ａ及び第二載置面２１ｂの並び方向（Ｘ軸方向）と交差する方向（すなわちＹ軸方向）に並んで形成されており、これらの側壁部２５の間には第一載置面２１ａが配置されている。
　図２及び図３に示されるように、ベース部材２０Ａは、筐体１０の底板１２上において、支持部材９３によってその裏面２２が支持されている。支持部材９３は、例えば鉄、アルミニウム、ステンレス、タングステン合金、銅タングステンといった材料から成る。また、支持部材９３は、図３に示されるように例えば複数の柱状の部材から成ってもよい。ベース部材２０Ａは、この支持部材９３によって、筐体１０の底板１２と熱的に結合されている。なお、支持部材９３は、ベース部材２０Ａと一体として形成されていてもよい。また、支持部材９３は、少なくとも第二載置面２１ｂ及びその周辺領域の裏側に設けられることが望ましい。
　固体撮像素子３０は、平面形状が長方形である板状の素子であり、基板３１と、上記所定平面（ＸＹ平面）に沿って基板３１上に形成された受光面３２と、該受光面３２の反対側に位置する裏面３３とを有する。固体撮像素子３０は、裏面３３と第一載置面２１ａとが互いに対向するように、第一載置面２１ａ上に配置されている。また、受光面３２上にはシンチレータ５６が配置されている。シンチレータ５６は、筐体１０の窓材１４から入射した放射線を受け、該放射線の入射強度に応じた強度の可視域のシンチレーション光を受光面３２へ出力する。
　基板３１は、例えばガラス基板によって好適に構成され、受光面３２への入射光（本実施形態では、シンチレータ５６からのシンチレーション光）の波長に対して透明である。そして、本実施形態では、図３に示されるように、基板３１の一部の側面３１ａと、対向する側壁部２５とが接着剤９１を介して互いに接着されることにより、固体撮像素子３０がベース部材２０Ａに固定されている。なお、基板３１の裏面３３と第一載置面２１ａとの間には、受光面３２への映り込みを防ぐため、接着剤その他のものが何ら設けられていない。
　アンプチップ４０は、本実施形態における信号読出用半導体チップであって、例えばＣ－ＭＯＳ型ＩＣチップによって構成される。アンプチップ４０と固体撮像素子３０とは、ボンディングワイヤ９２を介して互いに電気的に接続されている。アンプチップ４０は、固体撮像素子３０から出力される信号（電荷）を電圧信号に変換するとともに増幅し、この電圧信号を固体撮像装置１Ａの外部へ出力する。
　また、アンプチップ４０は、ベース部材２０Ａの第二載置面２１ｂ上に配置されたチップ搭載基板（配線基板）５０上に実装される。具体的には、チップ搭載基板５０は例えばガラスエポキシ基板であり、裏面側に配置されたコネクタ５１を介して第二載置面２１ｂ上に支持されている。そして、チップ搭載基板５０の表面上にアンプチップ４０が実装されており、アンプチップ４０とチップ搭載基板５０とは、ボンディングワイヤ９６を介して互いに電気的に接続されている。コネクタ５１はベース部材２０Ａの主面２１側から裏面２２側にわたってベース部材２０Ａを貫通しており、アンプチップ４０は、コネクタ５１を介して制御基板５５と電気的に接続される。制御基板５５は、アンプチップ４０や固体撮像素子３０の動作の制御、及びこれらへの電源の供給を行うための回路を含む。
　また、図２に示されるように、チップ搭載基板５０は、サーマルビア５３を有している。サーマルビア５３は、チップ搭載基板５０の厚さ方向に形成された貫通孔に、チップ搭載基板５０と比較して熱伝導率が極めて高い材料（例えば金属）が埋め込まれて構成される。そして、サーマルビア５３と第二載置面２１ｂとの間には熱導電性樹脂５４が設けられ、アンプチップ４０は、サーマルビア５３及び熱導電性樹脂５４を介してベース部材２０Ａと熱的に結合されている。
　なお、本実施形態では、ベース部材２０Ａの主面２１上に、金属製の枠体１５が設けられている。枠体１５は、主面２１上に配置された固体撮像素子３０及びアンプチップ４０を覆い、これらを保護する。枠体１５のうち、筐体１０の窓材１４と固体撮像素子３０の受光面３２との間に位置する部分には、窓材１６が嵌め込まれている。窓材１６は、窓材１４から入射した放射線を受光面３２へ透過するカーボンファイバやアルミニウム等からなる。固体撮像素子３０及びアンプチップ４０がこのような枠体１５により覆われることによって、固体撮像装置１Ａの組み立ての際に固体撮像素子３０及びアンプチップ４０を有効に保護することができ、また、固体撮像素子３０のうち受光面３２を除く部分及びアンプチップ４０を、放射線や電磁波から遮蔽することができる。
　ここで、固体撮像素子３０及びアンプチップ４０の詳細な構成について説明する。本実施形態の固体撮像装置１Ａは、例えば医療用Ｘ線撮像システムに用いられ、特に歯科医療におけるパノラマ撮影、セファロ撮影、ＣＴ撮影といった撮像モードによって、被検者の顎部のＸ線像を撮像するシステムに好適である。このため、本実施形態の固体撮像素子３０は、大面積のガラス基板上に多結晶シリコンが堆積されて成る薄膜トランジスタや、アモルファスシリコンが堆積されて成るフォトダイオードを備えており、単結晶シリコンウェハから作製される従来の固体撮像素子と比較して、格段に広い受光面積（例えば、一辺３０ｃｍ～４０ｃｍ程度）を有する。図５～図７は、本実施形態における固体撮像素子３０及びアンプチップ４０の構成を示す図である。図５は固体撮像素子３０及びアンプチップ４０を示す平面図であり、図６は固体撮像素子３０の一部を拡大した平面図である。さらに、図７は、図６のVII－VII線に沿った断面を示す側断面図である。なお、図５～図７には、理解を容易にするためＸＹＺ直交座標系を併せて示している。
　図５に示されるように、固体撮像素子３０は、ガラス基板３１と、ガラス基板３１の主面上に作製された受光面３２と、垂直シフトレジスタ３４とを備えている。垂直シフトレジスタ３４は、受光面３２に隣接して配置されている。
　受光面３２は、Ｍ×Ｎ個の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されることにより構成されている。図６に示される画素Ｐｍ，ｎは、第ｍ行第ｎ列に位置する画素である。ここで、ｍは１以上Ｍ以下の各整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。なお、図６において、列方向はＸ軸方向と一致し、行方向はＹ軸方向と一致する。受光面３２に含まれる複数の画素Ｐ１，１～ＰＭ，Ｎそれぞれは、フォトダイオードＰＤおよび読出用スイッチＳＷ１を備えている。読出用スイッチＳＷ１の一端（一方の電流端子）は、フォトダイオードＰＤに接続されている。また、読出用スイッチＳＷ１の他端（他方の電流端子）は、対応する読出用配線（例えば画素Ｐｍ，ｎの場合、第ｎ列読出用配線ＬＯ，ｎ）に接続されている。読出用スイッチＳＷ１の制御端子は、対応する行選択用配線（例えば画素Ｐｍ，ｎの場合、第ｍ行選択用配線ＬＶ，ｍ）に接続されている。
　図７に示されるように、ガラス基板３１上の全面には、シリコン膜３５が設けられている。そして、フォトダイオードＰＤ、読出用スイッチＳＷ１、および第ｎ列読出用配線ＬＯ，ｎは、このシリコン膜３５の表面に形成されている。フォトダイオードＰＤ、読出用スイッチＳＷ１、及び第ｎ列読出用配線ＬＯ，ｎは絶縁層３６によって覆われており、絶縁層３６の上にはシンチレータ５６がガラス基板３１の全面を覆うように設けられている。フォトダイオードＰＤは、例えば、アモルファスシリコンを含んで構成されている。
　本実施形態のフォトダイオードＰＤは、ｎ型多結晶シリコンからなるｎ型半導体層６１と、ｎ型半導体層６１上に設けられたｉ型アモルファスシリコンからなるｉ型半導体層６２と、ｉ型半導体層６２上に設けられたｐ型アモルファスシリコンからなるｐ型半導体層６３とを有する。また、読出用スイッチＳＷ１は、多結晶シリコンにより形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）であり、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）としての構成を有する。すなわち、読出用スイッチＳＷ１は、チャネル領域６４と、チャネル領域６４の一方の側面に沿って配置されたソース領域６５と、チャネル領域６４の他方の側面に沿って配置されたドレイン領域６６と、チャネル領域６４上に形成されたゲート絶縁膜６７及びゲート電極６８とを有する。第ｎ列読出用配線ＬＯ，ｎは、金属から成る。シンチレータ５６は、入射した放射線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、この光像を受光面３２へ出力する。
　読出用スイッチＳＷ１を構成する多結晶シリコンは、低温多結晶シリコンであると尚よい。低温多結晶シリコンは１００～６００℃のプロセス温度で形成される多結晶シリコンである。１００～６００℃のプロセス温度の範囲は、無アルカリガラスを基板として使える温度範囲であることから、ガラス基板上に大面積の受光面３２を製造することが可能となる。無アルカリガラスは例えば０．３～１．２ｍｍの厚さを有する板状ガラスであり、いわゆるサブストレート用ガラスとして用いられるものである。この無アルカリガラスは、アルカリ分を殆ど含まず、低膨張率、高耐熱性を有し、安定した特性を有している。また、低温多結晶シリコン系デバイスの移動度は１０～６００ｃｍ２／Ｖｓであり、アモルファスシリコンの移動度（０．３～１．０ｃｍ２／Ｖｓ）よりも大きくすることができる。すなわち、オン抵抗を低くすることが可能である。
　なお、本実施形態において、フォトダイオードＰＤのｎ型半導体層６１、読出用スイッチＳＷ１のチャネル領域６４、ソース領域６５、及びドレイン領域６６は、アモルファスシリコンにより構成されてもよい。そのような場合であっても、本実施形態のセンサユニット２Ａによる作用効果（後述）を好適に奏することができる。
　図７に示されるような画素Ｐｍ，ｎは、例えば、次のような工程によって製造される。まず、ガラス基板３１上にアモルファスシリコンを製膜する。製膜方法としては、例えばプラズマＣＶＤが好適である。次に、エキシマレーザアニールによりレーザビームをアモルファスシリコン膜に順次照射してアモルファスシリコン膜の全面を多結晶シリコン化する。こうして、シリコン膜３５が形成される。続いて、多結晶シリコン層であるシリコン膜３５の一部の領域上に、ゲート絶縁膜６７としてのＳｉＯ２膜を形成したのち、その上にゲート電極６８を形成する。続いて、ソース領域６５およびドレイン領域６６となるべき領域にイオンを注入する。その後、シリコン膜３５のパターニングを実施し、露光およびエッチングを繰り返し実施して、他の電極やコンタクトホール等を形成する。また、シリコン膜３５における画素Ｐｍ，ｎとなるべき領域にイオンを注入してｎ型としたのち、その上に、ｉ型およびｐ型のアモルファスシリコン層（すなわちｉ型半導体層６２及びｐ型半導体層６３）を順に積層してＰＩＮ型フォトダイオードＰＤを形成する。その後、絶縁層３６となるパシベーション膜を形成する。
　図５に示されるように、固体撮像装置１Ａは複数のアンプチップ４０を備えており、複数のアンプチップ４０は、一つの信号接続部４１を構成している。信号接続部４１は、受光面３２の各画素Ｐ１，１～Ｐｍ，ｎから出力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を各行毎に逐次的に出力する。
　図８は、固体撮像素子３０及びアンプチップ４０の内部構成を示す図である。前述したように、受光面３２は、Ｍ×Ｎ個の画素Ｐ１，１～ＰＭ，ＮがＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る。Ｍ本の行選択用配線ＬＶ，１～ＬＶ，Ｍの各々は、第１列から第Ｎ列にわたって延びる単一の配線によってそれぞれ構成されている。第ｍ行のＮ個の画素Ｐｍ，１～Ｐｍ，Ｎは、第ｍ行選択用配線ＬＶ，ｍを介して垂直シフトレジスタ３４に接続されている。なお、図８に示されるように、垂直シフトレジスタ３４は第ｍ行選択用配線ＬＶ，ｍの一端に接続されている。
　信号接続部４１（すなわち複数のアンプチップ４０）は、各列毎に設けられたＮ個の積分回路Ｓ１～ＳＮ及びＮ個の保持回路Ｈ１～ＨＮを有している。積分回路Ｓ１～ＳＮ及び保持回路Ｈ１～ＨＮは、各列毎に互いに直列に接続されている。各積分回路Ｓ１～ＳＮは共通の構成を有している。また、各保持回路Ｈ１～ＨＮは共通の構成を有している。Ｍ個の画素Ｐ１，ｎ～ＰＭ，ｎそれぞれの出力端は、第ｎ列読出用配線ＬＯ，ｎを介して、信号接続部４１の積分回路Ｓｎの入力端に接続されている。
　積分回路Ｓ１～ＳＮは、列読出用配線ＬＯ，１～ＬＯ，Ｎに接続された入力端をそれぞれ有し、この入力端に入力された電荷を蓄積して、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力端から保持回路Ｈ１～ＨＮへ出力する。積分回路Ｓ１～ＳＮは、共通のリセット用配線ＬＲを介して制御部３７に接続されている。保持回路Ｈ１～ＨＮは、積分回路Ｓ１～ＳＮの出力端に接続された入力端をそれぞれ有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端から電圧出力用配線Ｌｏｕｔへ出力する。保持回路Ｈ１～ＨＮは、共通の保持用配線ＬＨを介して制御部３７に接続されている。また、保持回路Ｈ１～ＨＮそれぞれは、第１列選択用配線ＬＳ，１～第Ｎ列選択用配線ＬＳ，Ｎそれぞれを介して水平シフトレジスタ３８に接続されている。
　垂直シフトレジスタ３４は、第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）を第ｍ行選択用配線ＬＶ，ｍに出力して、第ｍ行のＮ個の画素Ｐｍ，１～Ｐｍ，Ｎそれぞれにこの第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）を提供する。垂直シフトレジスタ３４において、Ｍ個の行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）～Ｖｓｅｌ（Ｍ）は順次に有意値とされる。また、水平シフトレジスタ３８は、列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（１）～Ｈｓｈｉｆｔ（Ｎ）を列選択用配線ＬＳ，１～ＬＳ，Ｎへ出力して、これらの列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（１）～Ｈｓｈｉｆｔ（Ｎ）を保持回路Ｈ１～ＨＮに与える。列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（１）～Ｈｓｈｉｆｔ（Ｎ）も順次に有意値とされる。
　また、制御部３７は、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔをリセット用配線ＬＲへ出力して、このリセット制御信号ＲｅｓｅｔをＮ個の積分回路Ｓ１～ＳＮそれぞれに与える。制御部３７は、保持制御信号Ｈｏｌｄを保持用配線ＬＨへ出力して、この保持制御信号ＨｏｌｄをＮ個の保持回路Ｈ１～ＨＮそれぞれに与える。
　以上の構成を備える本実施形態の固体撮像装置１Ａ及びセンサユニット２Ａによって得られる効果について説明する。
　本実施形態の固体撮像装置１Ａ及びセンサユニット２Ａでは、金属製のベース部材２０Ａの或る面（第一載置面２１ａ）上に固体撮像素子３０が配置されており、アンプチップ４０は、金属製のベース部材２０Ａの別の面（第二載置面２１ｂ）上において、チップ搭載基板５０上に実装されている。このように、熱伝導性が高い金属製のベース部材２０Ａ上の各載置面２１ａ，２１ｂ上に固体撮像素子３０及びアンプチップ４０がそれぞれ配置されることにより、アンプチップ４０において生じた熱が効果的に拡散され、固体撮像素子３０へ到達しにくくなるので、アンプチップ４０からの発熱による固体撮像素子３０への影響を効果的に低減することができる。
　更に、このセンサユニット２Ａでは、チップ搭載基板５０がサーマルビア５３を有しており、アンプチップ４０がサーマルビア５３を介してベース部材２０Ａと熱的に結合されている。このような構成により、アンプチップ４０の熱をベース部材２０Ａへ更に効率良く伝えることができ、ベース部材２０Ａにおける熱拡散を促進することができる。
　また、固体撮像装置１Ａ及びセンサユニット２Ａでは、ベース部材２０Ａが、固体撮像素子３０の側面と対向する側壁部２５を有している。これにより、ベース部材２０Ａ上における固体撮像素子３０の位置決めが容易となるので、固体撮像素子３０とアンプチップ４０とのワイヤボンディングの精度を容易に高めることができる。
　また、固体撮像装置１Ａ及びセンサユニット２Ａでは、裏面２２を基準とする第二載置面２１ｂの高さＨ２が、第一載置面２１ａの高さＨ１よりも低くなっている。これにより、チップ搭載基板５０上に実装されるアンプチップ４０の上面高さと、固体撮像素子３０の上面高さとの差を小さくして、ワイヤボンディングを好適に行うことができる。
　また、本実施形態のように、固体撮像装置１Ａ及びセンサユニット２Ａは、ベース部材２０Ａが、第一載置面２１ａと第二載置面２１ｂとの間に形成され、主面２１から裏面２２にわたってベース部材２０Ａを貫通するスリット２４を有することが好ましい。このようなスリット２４がベース部材２０Ａに形成されていることによって、第一載置面２１ａと第二載置面２１ｂとの間の熱伝導を遮断することができるので、アンプチップ４０からの発熱による固体撮像素子３０への影響を更に効果的に低減することができる。
　また、本実施形態のように、固体撮像装置１Ａ及びセンサユニット２Ａは、固体撮像素子３０上に配置され、放射線の入射強度に応じた強度の光を受光面３２へ出力するシンチレータ５６を備えてもよい。固体撮像装置１Ａ及びセンサユニット２Ａでは、固体撮像素子３０の裏面３３と第一載置面２１ａとが互いに対向するように、固体撮像素子３０が第一載置面２１ａ上に配置されている。したがって、シンチレータ５６に入射する放射線の一部が、固体撮像素子３０を透過して第一載置面２１ａに達する場合がある。このような場合であっても、センサユニット２Ａではベース部材２０Ａが金属製であるため、放射線がベース部材２０Ａを透過することを防ぐことができる。これにより、例えばベース部材２０Ａの裏面側に制御基板５５等が配置される場合であっても、該制御基板５５等を放射線から十分に保護することができる。
　また、本実施形態のように、固体撮像装置１Ａ及びセンサユニット２Ａは、固体撮像素子３０が受光面３２への入射光の波長に対して透明な基板３１を有している場合には、固体撮像素子３０の側面と側壁部２５とが互いに接着されることにより、固体撮像素子３０がベース部材２０Ａに固定されていることが好ましい。これにより、固体撮像素子３０の裏面３３とベース部材２０Ａの第一載置面２１ａとの間における接着剤の配置を省略することができるので、接着剤が受光面へ映り込むことを回避できるとともに、ベース部材２０Ａから固体撮像素子３０の裏面３３に伝わる熱を小さく抑えることができる。
　また、本実施形態のように、チップ搭載基板５０のサーマルビア５３とベース部材２０Ａの第二載置面２１ｂとの間に、熱導電性樹脂５４が介在することが好ましい。これにより、アンプチップ４０において生じた熱を、更に効率良くベース部材２０Ａに伝えることができる。
　また、本実施形態のように、固体撮像装置１Ａは、筐体１０内においてベース部材２０Ａの裏面２２を支持するとともに、ベース部材２０Ａと筐体１０とを互いに熱的に結合する支持部材９３を備えることが好ましい。これにより、アンプチップ４０において発生した熱をベース部材２０Ａから筐体１０へ効率良く逃がすことができるので、固体撮像素子３０への影響を更に効果的に低減することができる。なお、支持部材９３は、少なくとも第二載置面２１ｂの裏側に設けられることが好ましく、また、第二載置面２１ｂの裏側に相当する裏面２２内の領域において支持部材９３が占める面積割合は、第一載置面２１ａの裏側に相当する裏面２２内の領域において支持部材９３が占める面積割合よりも大きいことが好ましい。これにより、アンプチップ４０において発生した熱をベース部材２０Ａから筐体１０へ更に効率良く逃がすことができる。
　ここで、図９は、ベース部材２０Ａの裏面２２と、裏面２２に取り付けられた支持部材９３とを示す図である。本実施形態では、柱状の支持部材９３が複数設けられている。そして、複数の支持部材９３の一部分は、第一載置面２１ａの裏側に相当する裏面２２内の領域（図中の領域Ａ１）の内側に配置されており、残りの部分は、第二載置面２１ｂの裏側に相当する裏面２２内の領域（図中の領域Ａ２）の内側に配置されている。なお、領域Ａ１には、第一載置面２１ａの裏側の周辺も含まれ、例えば側壁部２５の裏側に相当する領域も含まれる。同様に、領域Ａ２には、第二載置面２１ｂの裏側の周辺も含まれる。
　図９に示される例では、領域Ａ２における支持部材９３の本数と領域Ａ１における支持部材９３の本数とが互いに等しく、また、これらの支持部材９３の断面積は全て等しい。そして、領域Ａ２の面積は領域Ａ１の面積よりも小さい。したがって、領域Ａ２において支持部材９３の取付領域が占める面積割合は、領域Ａ１において支持部材９３の取付領域が占める面積割合よりも大きい。
　なお、図９に示される例では複数の支持部材９３が裏面２２の周縁部に並んで配置されているが、複数の支持部材９３の配置はこれに限られるものではない。また、例えば領域Ａ２における支持部材９３の断面積を領域Ａ１における支持部材９３の断面積よりも大きくすることにより、或いは、領域Ａ２における支持部材９３の本数を領域Ａ１における支持部材９３の本数よりも多くすることにより、上述したような裏面２２での支持部材９３の面積割合の関係を実現してもよい。
　（第１変形例）
　続いて、上記実施形態の変形例について説明する。図１０は、上記実施形態の第１変形例に係る固体撮像装置１Ｂの構成を示す断面図であって、上記実施形態の図２に相当する断面を示している。
　本変形例の固体撮像装置１Ｂが備えるセンサユニット２Ｂは、上記実施形態のセンサユニット２Ａの構成に加えて、遮光膜（若しくは遮光テープ）７０を更に備える。遮光膜７０は、固体撮像素子３０のガラス基板３１の裏面３３上に成膜されており、シンチレータ５６から出力されてガラス基板３１を透過しようとする光を遮る。また、遮光膜７０と第一載置面２１ａとの間には接着剤９４が配置されており、固体撮像素子３０とベース部材２０Ａとは、接着剤９４によって相互に固定されている。
　本変形例のように、センサユニットは、固体撮像素子３０の裏面３３上に遮光膜７０を更に備えてもよい。これにより、固体撮像素子３０とベース部材２０Ａとの間に配置されたものが受光面３２へ映り込むことを効果的に防止できるので、例えば本変形例のように、固体撮像素子３０とベース部材２０Ａとの間に接着剤９４を配置して、固体撮像素子３０をベース部材２０Ａに更に強固に固定することができる。
　（第２変形例）
　続いて、上記実施形態の第２変形例について説明する。図１１及び図１２は、一変形例に係る固体撮像装置１Ｃの構成を示す断面図である。図１１は上記実施形態の図２に相当する断面を示しており、図１２は上記実施形態の図３に相当する断面を示している。また、図１３は、固体撮像装置１Ｃが備えるベース部材２０Ｃの全体形状を示す斜視図である。
　本変形例のベース部材２０Ｃは、上記実施形態のベース部材２０Ａと同様に、ＸＹ平面に沿った主面２１及び裏面２２、並びにＺ軸に沿った側面２３を有する。そして、主面２１には、第一載置面２１ａ及び第二載置面２１ｂが、Ｘ軸方向に並んで形成されている。本実施形態においても、平坦な裏面２２を基準とする第二載置面２１ｂの高さＨ２（すなわち、第二載置面２１ｂにおけるベース部材２０Ｃの厚さ）は、裏面２２を基準とする第一載置面２１ａの高さＨ１（第一載置面２１ａにおけるベース部材２０Ｃの厚さ）よりも低い（薄い）。
　但し、本変形例では、第一載置面２１ａの四辺全てが、第一載置面２１ａからＺ軸方向に突出する側壁部２６によって囲まれている。これにより、主面２１には、第一載置面２１ａを底面とし、且つ側壁部２６を側面とする第一凹部２７が形成されている。これと同様に、第二載置面２１ｂの四辺全てが、第二載置面２１ｂからＺ軸方向に突出する側壁部２８によって囲まれている。これにより、主面２１には、第二載置面２１ｂを底面とし、且つ側壁部２８を側面とする第二凹部２９が形成されている。
　図１１及び図１２に示されるように、第一凹部２７の側壁部２６は、第一載置面２１ａ上に搭載される固体撮像素子３０の４つの側面と対向する。本変形例では、固体撮像素子３０が第一凹部２７に嵌め込まれ、固体撮像素子３０の基板３１の４つの側面３１ａと、対向する側壁部２６とが接着剤９５を介して互いに接着されることにより、固体撮像素子３０がベース部材２０Ｃに強固に固定されている。
　本変形例のように、ベース部材２０Ｃは、第一載置面２１ａを底面とし且つ側壁部２６を側面として形成された第一凹部２７と、第二載置面２１ｂを底面として形成された第二凹部２９とを有してもよい。これにより、第一載置面２１ａ及び第二載置面２１ｂ以外の領域においてベース部材２０Ｃの厚さを十分に確保できるので、ベース部材２０Ｃによる放射線遮蔽効果を更に高めることができる。また、固体撮像素子３０が第一凹部２７に嵌め込まれることにより、受光面３２の位置決めを容易に且つ精度良く行うことができる。
　また、本変形例において、ベース部材２０Ｃの裏面２２と第二載置面２１ｂとの間隔（すなわち、第二載置面２１ｂにおけるベース部材２０Ｃの厚さ）Ｈ２は、第二凹部２９の深さＤ２よりも大きいことが好ましい。これにより、第一載置面２１ａ及び第二載置面２１ｂにおいてもベース部材２０Ｃの厚さを十分に確保できるので、ベース部材２０Ｃによる放射線遮蔽効果を更に高めることができる。
　（第３変形例）
　図１４～図１６は、上記実施形態の第３変形例として、ベース部材の様々な形状を示す斜視図である。図１４に示されるベース部材２０Ｄと第１実施形態のベース部材２０Ａとの相違点は、スリットの形状である。本変形例のベース部材２０Ｄは、第１実施形態のスリット２４に代えて、スリット（孔）７１を有する。スリット７１は、第一載置面２１ａと第二載置面２１ｂとの間に形成されており、主面２１から裏面２２にわたってベース部材２０Ｄを貫通している。本実施形態では、ベース部材２０Ｄに一つのスリット７１が形成されており、スリット７１は、第一載置面２１ａと第二載置面２１ｂとの境界に沿った方向（すなわちＹ軸方向）を長手方向として形成されており、該方向における第一載置面２１ａの幅と同等の長さを有する。
　図１４に示されるベース部材２０Ｄのように、ベース部材に形成されるスリットは単数でもよく、若しくは他の様々な形状を有することができる。なお、ベース部材のスリットは必須ではなく、スリットが形成されていない場合であっても上記第１実施形態による効果を十分に得ることができる。また、第一載置面と第二載置面との間の熱伝導を遮断する構成は、ベース部材を貫通するスリットに限られるものではなく、例えば第一載置面と第二載置面との間においてベース部材の表面及び裏面の少なくとも一方に形成された溝（凹部）であってもよい。
　図１５及び図１６に示されるベース部材２０Ｅ，２０Ｆと第１実施形態のベース部材２０Ａとの相違点は、側壁部の形状並びにスリットの有無である。図１５に示されるベース部材２０Ｅは、第１実施形態の側壁部２５に代えて、側壁部７２を有する。側壁部７２は、第一載置面２１ａからＺ軸方向に突出して形成されており、第一載置面２１ａの周囲に離散的に（例えば第一載置面２１ａの四隅に）配置されている。これらの側壁部７２は、第一載置面２１ａ上に搭載される固体撮像素子３０の側面と対向する。図１５に示された例では、一対の側壁部７２が、Ｘ軸方向における第一載置面２１ａの一端側においてＹ軸方向に並んで形成されており、また、別の一対の側壁部７２が、Ｘ軸方向における第一載置面２１ａの他端側においてＹ軸方向に並んで形成されている。
　また、図１６に示されるベース部材２０Ｆは、第１実施形態の側壁部２５に代えて、側壁部７３を有する。側壁部７３は、第一載置面２１ａ及び第二載置面２１ｂからＺ軸方向に突出して形成されており、Ｘ軸方向に延びる一対の側壁部７３が、Ｙ軸方向に並んで形成されている。本変形例では、一対の側壁部７３が第一載置面２１ａの両側辺から第二載置面２１ｂの両側辺にわたって延びており、これらの側壁部２５の間には、第一載置面２１ａ及び第二載置面２１ｂが配置されている。
　図１５及び図１６に示されたベース部材２０Ｅ，２０Ｆのように、ベース部材の側壁部は、図４に示された形態に限らず様々な形状を有することができる。特に、図１６に示されたベース部材２０Ｆのように、側壁部７３が第一載置面２１ａの側辺から第二載置面２１ｂの側辺にわたって延びていることにより、ベース部材の曲げ強度を更に高めることができる。
　本発明によるセンサユニット及び固体撮像装置は、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、上記実施形態及び各変形例では、シンチレータを備えており放射線像を撮像するセンサユニット及び固体撮像装置が例示されているが、本発明に係るセンサユニット及び固体撮像装置は、外部から固体撮像装置に到達する光像を撮像するための構成を備えてもよい。
　また、上記実施形態では、第一載置領域および第二載置領域の例として所定平面（実施形態ではＸＹ平面）に沿った第一載置面および第二載置面を示したが、本発明における第一載置領域および第二載置領域は平らな面に限られるものではなく、例えば凹凸を有する領域や湾曲した面を有する領域、或いは一部に溝や窪み、開口等が形成された領域であってもよい。
　また、上記実施形態では、ベース部材の表面から裏面へ貫通する孔（スリット２４、７１）が第一載置領域と第二載置領域との間に形成されているが、このような孔に代えて、溝や凹部（すなわち非貫通穴）を、ベース部材の表面及び／又は裏面において第一載置領域と第二載置領域との間に形成してもよい。
　上記実施形態によるセンサユニットでは、主面及び裏面を有する金属製の部材であって、第一載置領域と、裏面を基準とする高さが第一載置領域よりも低い第二載置領域とが主面に形成されたベース部材と、受光面と、該受光面の反対側に位置する裏面とを有し、該裏面と第一載置領域とが互いに対向するように第一載置領域上に配置された固体撮像素子と、ベース部材の第二載置領域上に配置された配線基板上に実装され、固体撮像素子から出力される信号を増幅して出力する信号読出用半導体チップとを備え、ベース部材は、固体撮像素子の側面と対向する側壁部を更に有しており、信号読出用半導体チップと固体撮像素子とは、ボンディングワイヤを介して互いに電気的に接続されており、配線基板がサーマルビアを有しており、信号読出用半導体チップがサーマルビアを介してベース部材と熱的に結合されている構成としている。
　また、センサユニットは、ベース部材が、第一載置領域と第二載置領域との間に形成され、主面から裏面にわたってベース部材を貫通する孔を更に有する構成としてもよい。このような孔がベース部材に形成されていることによって、第一載置領域と第二載置領域との間の熱伝導を遮断することができるので、半導体チップからの発熱による固体撮像素子への影響を更に効果的に低減することができる。
　また、センサユニットは、固体撮像素子上に配置され、放射線の入射強度に応じた強度の光を受光面へ出力するシンチレータを更に備える構成としてもよい。上記センサユニットでは、固体撮像素子の裏面と第一載置領域とが互いに対向するように、固体撮像素子が第一載置領域上に配置されている。したがって、シンチレータに入射する放射線の一部が、固体撮像素子を透過して第一載置領域に達する場合がある。このような場合であっても、上記センサユニットではベース部材が金属製であるため、放射線がベース部材を透過することを防ぐことができる。これにより、例えばベース部材の裏面側に制御基板等が配置される場合であっても、該制御基板等を放射線から十分に保護することができる。
　また、センサユニットは、ベース部材が、第一載置領域を底面とし且つ側壁部を側面として形成された第一凹部と、第二載置領域を底面として形成された第二凹部とを有する構成としてもよい。これにより、第一載置領域及び第二載置領域以外の領域においてベース部材の厚さを十分に確保できるので、ベース部材による放射線遮蔽効果を更に高めることができる。また、固体撮像素子が第一凹部に嵌め込まれることにより、受光面の位置決めを容易に且つ精度良く行うことができる。
　また、センサユニットは、ベース部材の裏面と第二載置領域との間隔が第二凹部の深さよりも大きい構成としてもよい。これにより、第一載置領域及び第二載置領域においてもベース部材の厚さを十分に確保できるので、ベース部材による放射線遮蔽効果を更に高めることができる。
　また、センサユニットは、固体撮像素子が、受光面への入射光の波長に対して透明な基板を有しており、固体撮像素子の側面と側壁部とが互いに接着されることにより固体撮像素子がベース部材に固定されている構成としてもよい。これにより、固体撮像素子の裏面とベース部材の第一載置領域との間における接着剤の配置を省略することができるので、接着剤が受光面へ映り込むことを回避できる。
　また、センサユニットは、固体撮像素子が、受光面への入射光の波長に対して透明な基板を有しており、固体撮像素子の裏面上に遮光膜が設けられている構成としてもよい。これにより、固体撮像素子とベース部材との間に配置されたものが受光面へ映り込むことを効果的に防止できるので、例えば固体撮像素子とベース部材との間に接着剤を配置して、固体撮像素子をベース部材に更に強固に固定することができる。
　また、上記実施形態による固体撮像装置では、上記した何れかのセンサユニットと、ベース部材、固体撮像素子、及び信号読出用半導体チップを収容する筐体と、筐体内においてベース部材の裏面を支持するとともに、ベース部材と筐体とを互いに熱的に結合する支持部材とを備える構成としている。この固体撮像装置によれば、信号読出用半導体チップにおいて発生した熱をベース部材から筐体へ効率良く逃がすことができるので、固体撮像素子への影響を更に効果的に低減することができる。
　また、固体撮像装置は、第二載置領域の裏側に相当するベース部材の裏面内の領域において支持部材が占める面積割合が、第一載置領域の裏側に相当するベース部材の裏面内の領域において支持部材が占める面積割合よりも大きい構成としてもよい。これにより、信号読出用半導体チップにおいて発生した熱をベース部材から筐体へ更に効率良く逃がすことができる。
　本発明は、半導体チップからの発熱の固体撮像素子への影響を低減できるセンサユニット及び固体撮像装置として利用可能である。
　１Ａ～１Ｃ…固体撮像装置、２Ａ，２Ｂ…センサユニット、１０…筐体、１４，１６…窓材、１５…枠体、２０Ａ～２０Ｆ…ベース部材、２１…主面、２１ａ…第一載置面、２１ｂ…第二載置面、２２…裏面、２３…側面、２４…スリット、２５，２６，２８…側壁部、２７…第一凹部、２９…第二凹部、３０…固体撮像素子、３１…（ガラス）基板、３２…受光面、３３…裏面、４０…アンプチップ、５０…チップ搭載基板、５１…コネクタ、５３…サーマルビア、５４…熱導電性樹脂、５５…制御基板、５６…シンチレータ、９１，９４，９５…接着剤、９２，９６…ボンディングワイヤ、９３…支持部材。

Claims (9)

  1. 　主面及び裏面を有する金属製の部材であって、第一載置領域と、前記裏面を基準とする高さが前記第一載置領域よりも低い第二載置領域とが前記主面に形成されたベース部材と、
    　受光面と、該受光面の反対側に位置する裏面とを有し、該裏面と前記第一載置領域とが互いに対向するように前記第一載置領域上に配置された固体撮像素子と、
    　前記ベース部材の前記第二載置領域上に配置された配線基板上に実装され、前記固体撮像素子から出力される信号を増幅して出力する信号読出用半導体チップと
    を備え、
    　前記ベース部材は、前記固体撮像素子の側面と対向する側壁部を更に有しており、
    　前記信号読出用半導体チップと前記固体撮像素子とは、ボンディングワイヤを介して互いに電気的に接続されており、
    　前記配線基板がサーマルビアを有しており、前記信号読出用半導体チップが前記サーマルビアを介して前記ベース部材と熱的に結合されていることを特徴とする、センサユニット。
  2. 　前記ベース部材は、前記第一載置領域と前記第二載置領域との間に形成され、前記主面から前記裏面にわたって前記ベース部材を貫通する孔を更に有することを特徴とする、請求項１に記載のセンサユニット。
  3. 　前記固体撮像素子上に配置され、放射線の入射強度に応じた強度の光を前記受光面へ出力するシンチレータを更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のセンサユニット。
  4. 　前記ベース部材は、前記第一載置領域を底面とし且つ前記側壁部を側面として形成された第一凹部と、前記第二載置領域を底面として形成された第二凹部とを有することを特徴とする、請求項３に記載のセンサユニット。
  5. 　前記ベース部材の前記裏面と前記第二載置領域との間隔が前記第二凹部の深さよりも大きいことを特徴とする、請求項４に記載のセンサユニット。
  6. 　前記固体撮像素子は、前記受光面への入射光の波長に対して透明な基板を有しており、前記固体撮像素子の側面と前記側壁部とが互いに接着されることにより前記固体撮像素子が前記ベース部材に固定されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のセンサユニット。
  7. 　前記固体撮像素子は、前記受光面への入射光の波長に対して透明な基板を有しており、
    　前記固体撮像素子の前記裏面上に遮光膜が設けられていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のセンサユニット。
  8. 　請求項１～７の何れか一項に記載のセンサユニットと、
    　前記ベース部材、前記固体撮像素子、及び前記信号読出用半導体チップを収容する筐体と、
    　前記筐体内において前記ベース部材の前記裏面を支持するとともに、前記ベース部材と前記筐体とを互いに熱的に結合する支持部材と
    を備えることを特徴とする、固体撮像装置。
  9. 　前記第二載置領域の裏側に相当する前記ベース部材の前記裏面内の領域において前記支持部材が占める面積割合が、前記第一載置領域の裏側に相当する前記ベース部材の前記裏面内の領域において前記支持部材が占める面積割合よりも大きいことを特徴とする、請求項８に記載の固体撮像装置。
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