WO2018124945A1 - Способ монтажа многоэлементного матричного фотодетектора - Google Patents

Способ монтажа многоэлементного матричного фотодетектора Download PDF

Info

Publication number
WO2018124945A1
WO2018124945A1 PCT/RU2017/050096 RU2017050096W WO2018124945A1 WO 2018124945 A1 WO2018124945 A1 WO 2018124945A1 RU 2017050096 W RU2017050096 W RU 2017050096W WO 2018124945 A1 WO2018124945 A1 WO 2018124945A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
matrix photodetector
photodetector
movement
matrix
optic plate
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/050096
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Игоревич СПОРЫШ
Андрей Николаевич ПУТИЛИН
Анатолий Рудольфович ДАБАГОВ
Анатолий Андреевич БАРИНОВ
Дмитрий Александрович СУПОННИКОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Мт" (Ооо "Нтц-Мт" )
Акционерное общество "МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ Лтд" (АО "МТЛ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Мт" (Ооо "Нтц-Мт" ), Акционерное общество "МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ Лтд" (АО "МТЛ") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Мт" (Ооо "Нтц-Мт" )
Priority to US16/475,340 priority Critical patent/US20190341519A1/en
Priority to CN201780081880.1A priority patent/CN110168748A/zh
Priority to CA3049108A priority patent/CA3049108A1/en
Priority to EP17886407.0A priority patent/EP3565009A4/en
Publication of WO2018124945A1 publication Critical patent/WO2018124945A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of devices for detecting visible or x-ray images or images obtained by recording x-ray or gamma radiation, in particular, devices for x-ray mammography and tomosynthesis.
  • X-ray detectors including mammography, the so-called “Flat panel” sensors of the visible image, which detect visible radiation or converted x-ray image ("shadow") of the investigated object.
  • Such detectors on flat panels are a full-format spatial (matrix) image sensor with a 1: 1 conversion scale.
  • the photo detector itself is highly sensitive in the wavelength zone of visible light (400–700 nm), but is usually insensitive to x-ray radiation. Accordingly, so-called. scintillation screens (scintillators), which are built on the basis of phosphors of various efficiencies and scattering characteristics. Such a screen is physically applied to a fiber optic plate (FOP), which transfers the image from the scintillator to the photodetector, on the one hand, and blocks the x-ray radiation that is not absorbed in the phosphor layer, on the other hand, forming the “x-ray image - electrical signal” conversion stack. The signal, in turn, is converted to digital form and transmitted to processing and visualization. Screens of a similar design are used in detectors for registering gamma radiation.
  • FOP fiber optic plate
  • the disadvantage of this method is the need to use the used equipment as the final structural element of the assembled matrix of photosensors. As a result, the number of assembly parts and the cost of the product increase. Also, there is no need for a high-precision operation of installing the matrix on the GP and combining it.
  • the problem to which the proposed method is aimed is to simplify the process of mounting a multi-chip (consisting of several silicon wafers) radiation detector, which provides a high yield of suitable detectors in production.
  • the purpose of the installation is the mutual alignment of the photodetectors relative to the GP and at the same time mutual alignment relative to each other.
  • one of the essential requirements for the assembly of the matrix is to ensure the smallest possible gap between the photodetectors.
  • the lower limit of the gap value is determined by the requirements for the temperature range at which the assembled matrix is stored and operated, because physical collision of silicon wafers of individual photodetectors should not occur with a possible decrease in temperature. Such a collision can lead to mechanical damage to silicon chips and the failure of photodetectors.
  • the upper limit of the gap is normalized by the task of restoring the integrity of the image in the docking area of the photodetectors and, as a rule, is limited by the value of 1 -2 steps of the cell (pixel) of the photodetector.
  • the process of combining photodetectors should be very tightly controlled to obtain high precision assembly.
  • the necessary accuracy of the docking is estimated at 5-10 microns, i.e. an order of magnitude higher than the pixel pitch.
  • the technical result achieved by the implementation of the proposed method is to reduce the mechanical loads on the matrix photodetectors during the installation process, simplify the installation technology and reduce the weight of the assembled matrix detectors, increase manufacturability while expanding the scope of ..
  • the GP is an assembly and, at the same time, a leveling surface for the so-called optical plane, which is a matrix of several chip matrix photodetectors.
  • the optical plane which is a matrix of several chip matrix photodetectors.
  • the task and the required technical result are achieved due to a new method of mounting a multi-element scintillation detector of penetrating radiation, in which at least one matrix photodetector is contactlessly controlled, rotated and moved along the liquid phase of the optical polymer, previously deposited on at least part of the surface of the fiber optical plate, followed by fixing by curing the specified polymer, where at the stages of alignment, rotation and movement to prevent anicheskogo effects on matrix photodetector used hydroplaning, thus moving matrix in step photodetector its electronic circuit can be connected to an electronic reading system information blocks.
  • At least one image of the test object can be designed on the back side of the fiber optic plate in order to accurately monitor the position of the matrix photodetector during installation.
  • its position is controlled by the image on the back of the fiber optic plate.
  • structural elements for example, by 3D lithography in polymerizable liquids, are preliminarily formed on the surface of the fiber optic plate in the form of guiding and restricting the movement of the matrix photodetector.
  • the formed structural elements direct and limit the movement of the matrix photodetector not only in the plane of movement, but also in the direction perpendicular to the indicated plane.
  • electromagnetic linear positioning motors are used without mechanical coupling of the rotor and stator.
  • a silicon chip-less chip is used as an array photodetector.
  • the contact connections and external circuits of the specified silicon chip-free chip are installed on the specified fiber optic plate after installation.
  • the surface of the FOP is precisely the surface with which it is necessary to provide the most dense optical contact of the matrix photodetectors for maximum contrast and resolution in the operation of scintillation hybrid photodetectors.
  • direct mounting on a specified surface would be the most natural mounting method, however, a number of mounting operations are difficult to do with it; it is proposed to use dividing and supporting column elements made by 3D lithography (stereolithography) preliminarily applied to the GP to minimize mechanical stresses on the photodetector.
  • a photosensitive detector in the best case, will contain a minimum of structural elements, namely: a fiber-optic plate, silicon photodetector chips and peripheral interface nodes, which are a weld-off area of the chip leads and print nodes with buffer circuits and electrical connectors for transferring image data to circuits processing.
  • Liquid in the further course of the process, curable, polymer applied to the surface of the GP before the start of assembly, serves several goals: protection of the surface of photodetectors from direct contact with the GP; optical immersion, which minimizes the loss of light at the boundaries of materials; anti-friction medium, which greatly facilitates the ability to move the photodetector chips relative to the GP. Also, the aforementioned polymer creates a durable adhesive bond between the VOP and the surface of the photodetector, resulting in a highly stable design, as the temperature expansion coefficients of silicon and glass, which is the main material of the GP, are close.
  • the expansion of the scope is achieved due to the final fixation of the photodetector chips directly on the GP and, since the fiber-optic plate has a coefficient of thermal expansion (CTE), comparable to the CTE of silicon, which is the material of the photosensor chip, the permissible temperature range of operation and storage of the manufactured product increases.
  • CTE coefficient of thermal expansion
  • the absence of the need to leave alignment elements in the assembled structure reduces the overall dimensions of the product.
  • FIG. 1 - shows a cross section of an installation that combines photodetectors (3) located on the immersion layer of a liquid polymer (immersion-adhesive layer in the future) (4), which, in turn, is applied to the FOP (1).
  • the photodetectors are moved using a linear step-by-step system (2), consisting of coils forming a multiphase magnetic field (20) and acting on permanent magnets (9), mounted (temporarily) on the back of the photodetectors.
  • the photodetectors (22) move, which is necessary in the process of their combination.
  • FIG. 2 - shows the stages of the formation of separation (barrier) and supporting (support) columns on the surface of the GP:
  • A) liquid photopolymer (4) is poured onto the surface of the GP (1)
  • FIG. 3 schematically shows a matrix of barrier columns (55) and a matrix of support hemispheres (54), also formed by photocuring of a polymer or direct printing with polymeric material on the surface of the GP (1).
  • the photodetector (3) is located on the reference hemispheres, thereby eliminating direct contact between the surfaces of the photodetector and FOP
  • FIG. 4 schematically shows the process of moving along the axes X (22) and Y (23) of the photodetector (3) in the process of combining.
  • the photodetector slides along the liquid (subsequently curable) polymer 4, while the support hemispheres (54) provide a constant small gap between the FOP (1) and the silicon chip of the photodetector (3)
  • FIG. 5 - shows the options for combining photodetectors with and without a substrate:
  • the non-substrate photodetector (30) is glued to the VOP (1) deposited and then cured polymer (40), the support hemispheres (54) and bounding posts (55), which fix the distance, are also formed in the liquid polymer (before the curing of its main volume) between the surfaces and ends of silicon chips and GPs.
  • FIG. 6 shows a fragment of the GP (1) with a barrier of columns (55), with a matrix of support hemispheres (54) and structures formed on the surface of the GP to ensure the controlled removal of excess liquid polymer, where:
  • the matrix photodetector consists of at least one photodetector (3) located on the VOP (1), fixed using a polymerized (40) liquid optical polymer (4).
  • the description of the method involves the discrimination of the phases of the polymer in the indication on the figures of the drawings. In the context of this description, the liquid phase of the polymer is indicated by number 4, and the cured phase is marked by number 40.
  • the liquid polymer is distributed over the FOP area — evenly or partially — after which the photodetector or several photodetectors are placed on the surface formed by the polymer.
  • Under partial distribution of the polymer means applying it in the required volume, but not on the entire surface, but on its part - usually in the form of a drop, oval or dumbbell.
  • a partial distribution of the polymer in the GP it spreads over the entire area due to the compression forces and capillary effect.
  • photodetectors can be placed on the GP with relatively low accuracy.
  • the described first stage is preceded by the preparation of the surface of the GP, during which a separation row of columns (55) is formed of polymer, which prevents collision of the photodetector chips when combining and allows you to maintain the necessary gap sufficient in size to exclude the contact of neighboring chips already fixed on a common basis, thermal expansion.
  • Such columns can be formed by multi-pass printing, for example, with a siloxane polymer, followed by curing.
  • a wide selection of distributed positioning-microdosing-printing systems that work with liquids of various viscosities and which allow the formation of the described columnar structures with a size of 100 microns and with an accuracy of up to 5 microns.
  • the most suitable method is the formation of cured structures in the layer of a photopolymer deposited, in the described method, on the surface of the GP.
  • the same photopolymer serves as an immersion-adhesive layer between the VOP and the silicon chip of the photodetector.
  • a matrix of support hemispheres (54), which is formed in a technology similar to micro columns (55), their size, location on the FOP and shape are selected from the principle of minimum mechanical contact of the silicon chip with the surface GP, and can be optimized for a particular chip and taking into account the characteristics of the chip profile and its deflection.
  • the prototype of the use of support hemispheres is the use of microspheres in the technology of manufacturing LCD displays, where microspheres provide uniform mutual spacing of glass plates.
  • the number, shape and relative position of the structural elements (54, 55) can be any, but sufficient to ensure a constant small gap between the VOP (1) and the silicon chip of the photodetector (3) and at the same time limit the movement of the chips during their movement and positioning.
  • the immersion-adhesive layer is cured, along which the photodetector slid during movement.
  • the most accessible and simplest method for this is the use of a photo-curable polymer as an immersion-adhesive layer (4), which also serves as an antifriction layer when combining photodetectors.
  • epoxy adhesive and gel polymer compositions or thermosetting compositions can be used if their curing temperature does not significantly affect the performance of the assembly after curing.
  • the curing of the photo-curable polymer is carried out by exposure to UV radiation directed through the lower surface of the GP.
  • Epoxy or siloxane compositions cure without additional external influences after the normalized exposure time of the assembly in the range of set temperatures and time (usually 12-28 hours at 20-40 ° C).
  • the assembled array of photodetectors After curing the immersion-adhesive layer (photopolymer or other optically transparent composition), the assembled array of photodetectors is ready for operation.
  • the immersion-adhesive layer photopolymer or other optically transparent composition

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

Предлагаемое изобретение относится к изготовлению устройств детектирования видимого или рентгеновского изображения или изображения, полученного при регистрации рентгеновского или гамма-излучения, в частности, устройств для рентгеновской маммографии и томосинтеза. Новый способ монтажа многоэлементного матричного фотодетектора видимых или проникающих излучений, в котором по меньшей мере, один матричный фотоприемник контролируемо юстируют путём вращения и перемещения по жидкой фазе оптического полимера, предварительно нанесенного на по меньшей мере часть поверхности волоконно-оптической плиты, с последующей фиксацией отверждением указанного полимера. При этом обеспечивается отсутствие физического контакта или соприкосновения поверхностей фотоприёмника и волоконно-оптической плиты, что минимизирует вероятность повреждения чипа фотоприёмника.

Description

СПОСОБ МОНТАЖА МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО МАТРИЧНОГО
ФОТОДЕТЕКТОРА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предлагаемое изобретение относится к изготовлению устройств детектирования видимого или рентгеновского изображения или изображения, полученного при регистрации рентгеновского или гамма-излучения, в частности, устройств для рентгеновской маммографии и томосинтеза.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для построения цифровых матричных сенсоров изображения, рентгеновских детекторов, в том числе в маммографии, применяются т.н. «плоскопанельные» датчики видимого изображения, которые регистрируют видимое излучение или конвертированное рентгеновское изображение («тень») исследуемого объекта. Такие детекторы на плоских панелях, представляют собой полноформатный пространственный (матричный) сенсор изображения с масштабом преобразования 1 :1 .
Непосредственно фотодетектор обладает высокой чувствительностью в зоне длин волн видимого света (400— 700 нм), но к рентгеновскому излучению, как правило, нечувствителен. Соответственно, для конвертирования рентгеновского изображения в видимое применяются т. н. сцинтилляционные экраны (сцинтилляторы), которые строятся на базе люминофорных покрытий различной эффективности и рассеивающих характеристик. Такой экран физически апплицируется к волоконно-оптической плите (ВОП), переносящей изображение от сцинтиллятора к фотоприёмнику, с одной стороны, и блокирующей рентгеновской излучение не поглощенное в слое люминофора, с другой, образуя стек преобразования «рентгеновское изображение — электрический сигнал». Сигнал, в свою очередь, преобразуется в цифровую форму и передаётся на обработку и визуализацию. Аналогичной конструкции экраны используются в детекторах для регистрации гамма-излучения.
Из уровня техники известен метод монтажа многочиповых фотоприемников на оптической опорной плите при помощи несущей металлической рамы с возможностью последующего перенесения упомянутого матричного фотоприемника на волоконно-оптическую плиту (патент РФ 136639 «УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРКИ МАТРИЧНОГО ФОТОПРИЁМНИКА»). Недостатком данного метода является высокая вероятность повреждения фотоприёмников при манипуляциях совмещения, т.к. их активная поверхность находится в прямом контакте с жёсткой опорной плитой. Также, для установки ВОП, так или иначе, требуется дополнительная серия процедур установки совмещения, что удорожает и усложняет техпроцесс.
В качестве второго ближайшего аналога выбран способ, описанный в WO 2012-145038 А1 (Teledyne Rad-lcon Imaging Corp.)
Недостатком известного способа является необходимость использования применяемой оснастки, как финального элемента конструкции собираемой матрицы фотосенсоров. В результате возрастают количество деталей сборки и стоимость изделия. Также, не отпадает необходимость в высокоточной операции установки матрицы на ВОП и совмещения с ней.
Так же, близкими аналогами предлагаемого способа могут служить установка, разработанная авторами исследовательской группы в составе Travis Lange, Tim Bond, James Chiang, Andrew P. Rasmussen and colleagues и упоминаемая в публикации « Integration and Verification Testing of the Large Synoptic Survey Telescope Сатега» (SLAC National Accelerator Laboratory, MenloPark, CA, United States). Минусом способа, применяемого в описываемой установке, очевидно является высокая сложность и громоздкость системы совмещения и юстировки, а также медленный, подходящий только для единичных сборок, процесс. Кроме того, дополнительно закрепляемые на фотоприёмниках детали сильно увеличивают общие глубину и вес финальной конструкции.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ, заключается в упрощении процесса монтажа многочипового (состоящего из нескольких кремниевых пластин)детектора излучений, обеспечивающего высокий выход годных детекторов при производстве.
Целью монтажа является взаимное совмещение фотоприёмников относительно ВОП и одновременно взаимное совмещение относительно друг друга. В частности, одно из существенных требований при сборке матрицы (матрицы фотоприёмников) - это обеспечение возможно малого зазора между фотоприёмниками. Нижнее ограничение величины зазора определяется требованиями на диапазон температур, при котором собранная матрица хранится и эксплуатируется, т.к. не должно произойти физического столкновения кремниевых пластин отдельных фотоприёмников при возможном понижении температуры. Такое столкновение способно привести к механическому повреждению кремниевых чипов и выходу из строя фотоприёмников. Верхнее ограничение величины зазора нормируется задачей восстановления целостности изображения в области стыковки фотоприёмников и, как правило, лимитируется величиной в 1 -2 шага ячейки (пиксела) фотоприёмника.
Таким образом, процесс совмещения фотоприёмников должен весьма жёстко контролироваться для получения высокой точности сборки. Для реальных фотоприёмников с размером ячейки 50-100 мкм необходимая точность стыковки оценивается в 5-10 мкм, т.е. на порядок выше, чем шаг пиксела.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предложенного способа, заключается в уменьшении механических нагрузок на матричные фотоприемники в процессе монтажа, упрощении технологии монтажа и уменьшении веса собранных матричных детекторов, повышение технологичности при одновременном расширении области применения..
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предложен способ, при котором ВОП является сборочной и, одновременно, выравнивающей поверхностью для т.н. оптической плоскости, представляющей собой матрицу из нескольких чипов матричных фотоприёмников. Таким образом, одна из деталей конструкции детектора, фактически, служит оснасткой при его сборке, что уменьшает общий номенклатурный лист изделий и сокращает техпроцесс сборки.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются за счет нового способа монтажа многоэлементного сцинтилляционного детектора проникающих излучений, в котором по меньшей мере, один матричный фотоприемник бесконтактно контролируемо юстируют, вращают и перемещают по жидкой фазе оптического полимера, предварительно нанесенного на по меньшей мере часть поверхности волоконно-оптической плиты, с последующей фиксацией отверждением указанного полимера, где на этапах юстировки, вращения и перемещения для предотвращения механического воздействия на матричный фотоприемник используется гидропланирование, при этом на этапе перемещения матричного фотоприемника его электронная схема может быть подключена к электронным блокам системы считывания информации.
Согласно предложенному способу на обратную сторону волоконно-оптической плиты может быть спроектировано, по меньшей мере, одно изображение тестового объекта, с целью точного текущего контроля положения матричного фотоприемника при монтаже. В процессе перемещения матричного фотоприемника его положение контролируется по изображению на обратной стороне волоконно-оптической плиты .
Согласно предложенному способу на поверхности волоконно-оптической плиты предварительно формируют направляющие и ограничивающие движение матричного фотоприемника структурные элементы, например, методом 3D литографии в полимеризующихся жидкостях. Сформированные структурные элементы направляют и ограничивают перемещение матричного фотоприемника не только в плоскости перемещения, но и в перпендикулярном указанной плоскости направлении.
Для предотвращения механического воздействия на матричный фотоприемник на этапах юстировки, вращения и перемещения используют электромагнитные двигатели линейного позиционирования без механической связи ротора и статора.
Согласно предложенному способу в качестве матричного фотоприемника используют, в одном из вариантов, кремниевый бесподложечный чип.
Согласно предложенному способу контактные соединения и внешние схемы указанного кремниевого бесподложечного чипа устанавливают на указанную волоконно-оптическую плиту после монтажа.
Поверхность ВОП является именно той поверхностью, с которой необходимо обеспечить наиболее плотный оптический контакт матричных фотоприемников для максимального контраста и разрешения в работе сцинтилляционных гибридных фотоприемников. Таким образом, наиболее естественным способом монтажа был бы прямой монтаж на указанной поверхности, однако ряд операций монтажа трудновыполнимы при этом, для минимизации механических воздействий на матричные фотоприемники предлагается использовать предварительно нанесенные на ВОП разделительные и поддерживающие столбчатые элементы, изготавливаемые методом 3D литографии (стереолитографии). Фоточувствительный детектор, в лучшем варианте, будет содержать минимум элементов конструкции, а именно: волоконно- оптическую плиту, кремниевые чипы фотоприёмников и периферийные узлы сопряжения, представляющие собой зону разварки выводов чипов и печатные узлы с буферными схемами и электрическими соединителями для передачи данных изображения в схемы обработки.
Жидкий, в дальнейшем ходе процесса отверждаемый, полимер, наносимый на поверхность ВОП перед началом сборки, служит одновременно нескольким целям: защита поверхности фотоприёмников от прямого соприкосновения с ВОП; оптическая иммерсия, позволяющая минимизировать потери света на границах материалов; антифрикционная среда, значительно облегчающая возможность перемещения чипов фотоприёмников относительно ВОП. Также, упомянутый полимер создаёт клеевое долговечное соединение между ВОП и поверхностью фотоприёмника, образуя в результате высокостабильную конструкцию, т.к. температурные коэффициенты расширения кремния и стекла, которое составляет основной материал ВОП, близки.
Расширение области применения достигается за счёт окончательной фиксации чипов фотоприёмников непосредственно на ВОП и, так как волоконно- оптическая плита имеет коэффициент температурного расширения (КТР), сравнимый с КТР кремния, который является материалом чипа фотосенсора, увеличивается допустимый диапазон температур эксплуатации и хранения изготавливаемого изделия. Кроме того, отсутствие необходимости оставлять в собираемой конструкции элементы юстировки снижает общие габариты изделия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 - изображён поперечный срез установки, выполняющей совмещение фотоприёмников (3), расположенных на иммерсионном слое жидкого полимера (иммерсионно-клеевого слоя в дальнейшем) (4), нанесённого, в свою очередь, на ВОП (1 ). Перемещение фотоприёмников осуществляется с помощью системы линейного шагового перемещения (2), состоящей из катушек, формирующих многофазовое магнитное поле (20) и воздействующее на постоянные магниты (9), закреплённые (временно) на обратной стороне фотоприёмников. В результате данного воздействия происходит перемещение (22) фотоприёмников, необходимое в процессе их совмещения.
На Фиг. 2 - показаны этапы формирования разделительных (барьерных) и поддерживающих (опорных) столбиков на поверхности ВОП:
A) на поверхность ВОП (1 ) наливается жидкий фотополимер (4)
Б) с помощью лазера (7) и проекционной системы (8) в толще фотополимера (4) формируются отверждённые столбчатые или полусферические участки (5)
B) неотверждённый полимер опционально удаляется с ВОП (1 ), на поверхности остаются сформированные барьерные столбики (5)
На Фиг. 3 - схематически показана матрица барьерных столбцов (55) и матрица опорных полусфер (54), также сформированных с помощью фотоотверждения полимера или прямой печати полимерным материалом на поверхности ВОП (1 ). Фотоприёмник (3) располагается на опорных полусферах, тем самым исключается прямой контакт между поверхностями фотоприёмника и ВОП
На Фиг. 4 - схематически изображен процесс перемещения по осям X (22) и Y (23) фотоприёмника (3) в процессе совмещения. Фотоприёмник скользит по жидкому (впоследствии отверждаемому) полимеру 4, в то же время опорные полусферы (54) обеспечивают постоянный малый зазор между ВОП (1 ) и кремниевым чипом фотоприёмника (3)
На Фиг. 5 - показаны варианты совмещения фотоприёмников с подложкой и без неё:
А) кремниевый чип фотоприёмника (30) с подложкой (31 ), приклеен на ВОП (1 ) нанесённым и затем отверждённым полимером(40). Справочно показана зона разварки выводов чипа фотоприёмника (33);
Б) безподложечный фотоприёмник (30) приклеен на ВОП (1 ) нанесённым и затем отверждённым полимером(40), также показаны сформированные в жидком полимере (до отверждения основного его объёма) опорные полусферы (54) и ограничивающие столбики (55), которые фиксируют расстояние между поверхностями и торцами кремниевых чипов и ВОП.
На Фиг. 6 - показан фрагмент ВОП (1 ) с барьером из столбиков (55), с матрицей опорных полусфер (54) и сформированными на поверхности ВОП структурами для обеспечения контролируемого удаления излишков жидкого полимера, где:
57 - бортики, сформированные на поверхности ВОП;
58 - слив излишков полимера
59 - каналы между бортиками для удаления излишков полимера;
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Матричный фотодетектор состоит из, по меньшей мере, одного фотоприёмника(З), расположенного на ВОП (1 ), закрепленного при помощи полимеризованного(40) жидкого оптического полимера (4). Описание способа предполагает различение фаз полимера в указании на фигурах чертежей. В контексте данного описания жидкая фаза полимера отмечена номером 4, а отвержденная - номером 40.
Первоначально, жидкий полимер распределяется по площади ВОП - равномерно или частично - после чего фотоприёмник или несколько фотоприёмников помещаются на образованную полимером поверхность. Под частичным распределением полимера подразумевается нанесение его в необходимом объёме, но не на всю поверхность, а на её часть - обычно в форме капли, овала или гантели. В случае частичного распределения полимера на ВОП, он растекается по всей площади за счёт компрессионных сил и капиллярного эффекта. На этом этапе фотоприёмники могут быть помещены на ВОП с относительно низкой точностью.
Описанному первому этапу предшествует подготовка поверхности ВОП, в процессе которой формируется разделительный ряд столбцов (55) из полимера, который препятствует столкновению чипов фотоприёмников при совмещении и позволяет выдержать необходимый зазор, достаточный по величине для исключения соприкосновения соседних чипов, уже зафиксированных на общем основании, при температурном расширении. Такие столбцы возможно формировать многопроходной печатью, например, силоксановым полимером, с последующим его отверждением. В широком выборе распространены системы позиционирования-микродозирования-печати, работающие с жидкостями различной вязкости и позволяющие формировать описанные столбчатые структуры размером от 100 мкм и с точностью расположение до 5 мкм. Таким образом, можно, например, обеспечить соответствующий зазор в 100 мкм между совмещаемыми кремниевыми чипами фотоприёмников. В том же случае, когда нужно обеспечить большую точность, наиболее пригоден метод формирования отверждённых структур в слое фотополимера, наносимого, в описываемом способе, на поверхность ВОП. Этот же фотополимер служит иммерсионно- клеевым слоем между ВОП и кремниевым чипом фотоприёмника. Для выравнивания и поддерживания кремниевых чипов по плоскости ВОП служит другой тип микроструктур - матрица опорных полусфер (54), которая формируется в аналогичной микростолбикам (55) технологии, их размер, расположение на ВОП и форма, выбирается из принципа минимального механического контакта кремниевого чипа с поверхностью ВОП, и может быть оптимизированы для конкретного чипа и учитывающие особенности профиля чипа и его прогибы. Прототипом использования опорных полусфер является применение микросфер в технологии производства ЖК дисплеев, где микросферы обеспечивают равномерное взаимное дистанциирование стеклянных пластин.
Для осуществления точного перемещения фотоприёмников, «плавающих» на жидком полимере (4), предлагается использование т.н. линейно- пространственного шагового двигателя, статор которого представляет собой матрицу электромагнитов с дифференцированным управлением фазами и токами в обмотках, а ротор - постоянные магниты, временно закрепляемые на обратной стороне фотоприёмников.
Также возможны и другие методы перемещения фотоприёмников во время процесса совмещения, например, с помощью микромеханических актуаторов.
Процесс перемещения фотоприёмников возможно контролировать с помощью видеокамер большого увеличения, располагаемых под нижней стороной ВОП. Но, в любом случае, погрешности системы смещения фотоприёмников компенсируются ограничением их хода движения при соприкосновении с разделительными рядами столбиков (55). Это означает, что система позиционирования/перемещения фотоприёмников (линейный пространственный шаговый двигатель) должна иметь малые усилия сдвига объектов (фотоприёмников) - в таком случае фотоприёмник должен останавливаться при упоре в разделительный ряд и не двигаться далее даже при продолжении воздействия сил, его смещающих.
Количество, форма и взаиморасположение структурных элементов (54, 55) может быть любым, но достаточным для обеспечения постоянного малого зазора между ВОП (1 ) и кремниевым чипом фотоприёмника (3) и в то же время ограничения движения чипов в процессе их перемещения и позиционирования.
После позиционирования всех фотоприёмников или каждого фотоприёмника по отдельности, производится отверждение иммерсионно- клеевого слоя, по которому фотоприёмник скользил при перемещении. Наиболее доступный и простой метод для этого - использование фото-отверждаемого полимера в качестве иммерсионно-клеевого слоя (4), который служит и анти- фрикционным слоем при совмещении фотоприёмников. Аналогично может быть использованы и эпоксидные клеевые и гелеобразные полимерные композиции или термоотверждаемые композиции если температура их отверждения не влияет значительным образом на работоспособность сборки после отверждения. Отверждение фото-отверждаемого полимера производится его экспонированием УФ-излучением, направляемым через нижнюю поверхность ВОП. Эпоксидные или силоксановые композиции отверждаются без дополнительных внешних воздействий через нормируемое время выдержки сборки в диапазоне заданных температур и времени (как правило, 12-28 ч при 20-40 °С ).
После отверждения иммерсионно-клеевого слоя (фотополимера или другой оптически прозрачной композиции) собранная матрица фотоприёмников готова к эксплуатации.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1 . Способ монтажа многоэлементного матричного фотодетектора проникающих излучений, в котором, по меньшей мере, один матричный фотоприемник бесконтактно контролируемо юстируют, вращают и перемещают по жидкой фазе оптического полимера, предварительно нанесенного на, по меньшей мере, часть поверхности волоконно-оптической плиты, с последующей фиксацией отверждением указанного полимера.
2. Способ по п. 1 , в котором на этапах юстировки, вращения и перемещения для предотвращения механического воздействия на матричный фотоприемник используется гидропланирование.
3. Способ по п. 1 , в котором на этапе перемещения матричного фотоприемника его электронная схема может быть подключена к электронным блокам системы считывания информации.
4. Способ по п. 3, в котором на обратную сторону волоконно-оптической плиты проектируется, по меньшей мере, одно изображение тестового объекта, с целью точного текущего контроля положения матричного фотоприемника при монтаже.
5. Способ по п. 1 , в котором на поверхности волоконно-оптической плиты предварительно формируют направляющие и ограничивающие движение матричного фотоприемника структурные элементы.
6. Способ по п. 5, в котором формирование указанных структурных элементов проводят методом 3D литографии в полимеризующихся жидкостях.
7. Способ по п. 1 и п. 2, в котором на этапах юстировки, вращения и перемещения для предотвращения механического воздействия на матричный фотоприемник используют электромагнитные двигатели линейного позиционирования без механической связи ротора и статора.
8. Способ по п. 1 , в котором в процессе перемещения матричного фотоприемника его положение контролируется по изображению на обратной стороне волоконно-оптической плиты.
9. Способ по п.6, в котором сформированные структурные элементы направляют и ограничивают перемещение матричного фотоприемника не только в плоскости перемещения, но и в перпендикулярном указанной плоскости направлении.
10. Способ по п.1 , в котором в качестве матричного фотоприемника используют кремниевый бесподложечный чип. Способ по п.10, в котором контактные соединения и внешние схемы указанного кремниевого бесподложечного чипа устанавливают на указанную волоконно-оптическую плиту после монтажа.
PCT/RU2017/050096 2016-12-29 2017-09-29 Способ монтажа многоэлементного матричного фотодетектора WO2018124945A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/475,340 US20190341519A1 (en) 2016-12-29 2017-09-29 Method of mounting a multi-element matrix photodetector
CN201780081880.1A CN110168748A (zh) 2016-12-29 2017-09-29 多元矩阵的光子检测器安装方法
CA3049108A CA3049108A1 (en) 2016-12-29 2017-09-29 Method of mounting a multi-element matrix photodetector
EP17886407.0A EP3565009A4 (en) 2016-12-29 2017-09-29 METHOD OF ASSEMBLING A MULTI-ELEMENT MATRIX PHOTODETTECTOR

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016152342A RU2647223C1 (ru) 2016-12-29 2016-12-29 Способ монтажа многоэлементного матричного фотодетектора
RU2016152342 2016-12-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018124945A1 true WO2018124945A1 (ru) 2018-07-05

Family

ID=61629528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/050096 WO2018124945A1 (ru) 2016-12-29 2017-09-29 Способ монтажа многоэлементного матричного фотодетектора

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190341519A1 (ru)
EP (1) EP3565009A4 (ru)
CN (1) CN110168748A (ru)
CA (1) CA3049108A1 (ru)
RU (1) RU2647223C1 (ru)
WO (1) WO2018124945A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1519470A1 (ru) * 1987-05-12 1995-09-20 Новосибирский государственный университет им.Ленинского комсомола Матричный фотоприемник
RU2121731C1 (ru) * 1996-01-31 1998-11-10 Государственный научный центр Российской Федерации Государственное предприятие Научно-производственное объединение "Орион" Способ монтажа интегральной схемы с многоэлементным фотоприемником
RU2298258C1 (ru) * 2005-11-14 2007-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" ФГУП "НПО "ОРИОН" Способ сборки фотоприемников ик-излучения на основе халькогенидов свинца
RU2460174C1 (ru) * 2011-05-04 2012-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" Способ изготовления матричного фотоприемника (варианты)
WO2012145038A1 (en) 2011-04-19 2012-10-26 Teledyne Rad-Icon Imaging Corp. Method of direct silicon tiling of a tiled image sensor array
RU2526489C1 (ru) * 2013-04-23 2014-08-20 Открытое акционерное общество "НПО "Орион" Способ сборки ик-фотоприемника

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0299704B1 (en) * 1987-07-17 1992-03-18 Sharp Kabushiki Kaisha A contact-type image sensor
DE68920448T2 (de) * 1988-02-10 1995-05-18 Kanegafuchi Chemical Ind Photodetektorenanordnung und Lesegerät.
EP0554825B1 (en) * 1992-02-04 1998-10-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Direct contact type image sensor and its production method
US6268600B1 (en) * 1994-08-01 2001-07-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Linear illumination device
US7772558B1 (en) * 2006-03-29 2010-08-10 Radiation Monitoring Devices, Inc. Multi-layer radiation detector and related methods
RU2420763C2 (ru) * 2009-08-13 2011-06-10 Закрытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Коммерческая Фирма "Элтан Лтд" Многоэлементный детектор рентгеновского излучения, редкоземельный рентгенолюминофор для него, способ формирования многоэлементного сцинтиллятора и детектора в целом
US8180022B2 (en) * 2009-10-26 2012-05-15 X-Scan Imaging Corporation Linear X-ray detector using fiber optic face plate to alter optical path
RU136639U1 (ru) * 2013-07-24 2014-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "МТ" Устройство для сборки матричного фотоприемника
JP6671839B2 (ja) * 2014-10-07 2020-03-25 キヤノン株式会社 放射線撮像装置及び撮像システム
US9658342B2 (en) * 2015-02-23 2017-05-23 Teledyne Dalsa, Inc. X or Gamma ray indirect image detector with fiber optic plate (FOP) stand-offs and method of assembly

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1519470A1 (ru) * 1987-05-12 1995-09-20 Новосибирский государственный университет им.Ленинского комсомола Матричный фотоприемник
RU2121731C1 (ru) * 1996-01-31 1998-11-10 Государственный научный центр Российской Федерации Государственное предприятие Научно-производственное объединение "Орион" Способ монтажа интегральной схемы с многоэлементным фотоприемником
RU2298258C1 (ru) * 2005-11-14 2007-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" ФГУП "НПО "ОРИОН" Способ сборки фотоприемников ик-излучения на основе халькогенидов свинца
WO2012145038A1 (en) 2011-04-19 2012-10-26 Teledyne Rad-Icon Imaging Corp. Method of direct silicon tiling of a tiled image sensor array
RU2460174C1 (ru) * 2011-05-04 2012-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" Способ изготовления матричного фотоприемника (варианты)
RU2526489C1 (ru) * 2013-04-23 2014-08-20 Открытое акционерное общество "НПО "Орион" Способ сборки ик-фотоприемника

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RASMUSSEN: "Integration and Verification Testing of the Large Synoptic Survey Telescope Camera", SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY
See also references of EP3565009A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP3565009A4 (en) 2020-08-26
US20190341519A1 (en) 2019-11-07
CN110168748A (zh) 2019-08-23
CA3049108A1 (en) 2018-07-05
EP3565009A1 (en) 2019-11-06
RU2647223C1 (ru) 2018-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6479827B1 (en) Image sensing apparatus
US5828142A (en) Platen for use with lithographic stages and method of making same
CN101893718A (zh) 具有闪烁体元件和光电二极管阵列的堆叠体的辐射探测器
CN111009537B (zh) 图像传感器芯片级封装
DE102013201506A1 (de) Optisches Bauelement
US20140253897A1 (en) Exposure apparatus and exposure method thereof
CN102007433A (zh) 薄膜悬浮光学元件及相关方法
CN102809903B (zh) 二次预对准装置及对准方法
CN112736100A (zh) 图像传感器
Beker et al. The Rasnik 3-point optical alignment system
RU2647223C1 (ru) Способ монтажа многоэлементного матричного фотодетектора
CN102576142A (zh) 装配镜板叠层的方法
US20130265661A1 (en) Optical device having an alignment mechanism
Valsecchi et al. ATHENA Telescope: alignment and integration of SPO mirror modules
US8735819B2 (en) Detector system with an optical function and method for making such a system
Jentzsch Performance tests during the ATLAS IBL Stave Integration
Zwart et al. The detector/readout-electronics assembly of the eXTP wide field monitor
CN202886840U (zh) 一种制作掩模版的装置
CN102902165B (zh) 叠层虚拟掩模版的装置及集成硅光子集成芯片的方法
Horeau et al. The Euclid STM VIS focal plane assembly metrology: description of the method to measure the CCDs position and the flatness of the full camera
RU136639U1 (ru) Устройство для сборки матричного фотоприемника
Spiga et al. Manufacturing and testing a thin glass mirror shell with piezoelectric active control
US11313977B2 (en) Versatile PET detector
Kroedel et al. The rigid and thermally stable all-ceramic LSST camera: focal plane from design to assembly
Barriere et al. The alignment system of the barrel part of the ATLAS muon spectrometer

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17886407

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3049108

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017886407

Country of ref document: EP

Effective date: 20190729