JP7732782B2 - イメージャの製造方法 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、突き合わせ接合されるＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージングセンサからなるイメージャを製造する技術分野である。より具体的には、本発明は、デジタルセンサのための、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）技術を利用するＸ線医用イメージングのための感光板の突き合わせ接合に関する。

感光センサは一般に、マトリクスアレイ状に配置されるソリッドステート感光素子から製作される。感光素子は、半導体材料、通常はＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ用の単結晶シリコン、多結晶シリコン、又はアモルファスシリコンから製作される。感光素子は、少なくとも１つのフォトダイオード、フォトトランジスタ、又はフォトレジスタを含む。これらの要素は、基板上に配置されるか前記基板内に組み込まれ、基板は一般に、ガラス、プラスチック（ポリマ）若しくは金属、又はその他の合成材料（カーボン、合金、セラミック等）若しくはシリコン製のキャリア（プレートとも呼ばれる）である。すると、感光板が得られる。

Ｘ線医用イメージングのためのイメージャを製造することに関して、感光板を突き合わせ接合する、すなわちＣＣＤ又はＣＭＯＳ技術を使って感光板をエンドツーエンドに接続する作業には、厳しい公差を守ることが関わる。具体的には、突き合わせ線上のピクセルの領域からの損失を限定することと、様々な突き合わせ接合されたセンサからのピクセルのアラインメントを確保することの両方が重要である。それに加えて、感光板を突き合わせ接合する作業中に板間のいかなる接触も回避する必要があり、これは、破損、チッピング、及び／又は静電放電のリスクのためである。

今日まで、感光板を突き合わせ接合するこの作業は、複雑で、高額で、アラインメント公差を厳守し、板間衝突のリスクを排除するために長いサイクル時間となる産業手段を用いて行われている。

それに加えて、先行技術の複雑な産業手段は、１つの板サイズ専用という限定を有する。これらは、所定の寸法の板を把持するための手段に基づき、アラインメントは、１つの板サイズに関連付けられる間隔に応じて、アラインメント用カメラによって実現される。

現在の解決策に伴う他の問題は、得られた製品の適合性を試験することに関する。具体的には、この長く複雑な作業の後に得られる製品の適合性の試験は、突き合わせ接合及びワイヤボンディング作業が完了した後でなければ行うことができない。換言すれば、先行技術の方法において不適合性が検出される場合、これは、完成品上でのみ起こり得る。その製品は廃棄される。これによって、使用される材料の損失と時間の損失が生じる。

言い換えれば、感光板を突き合わせ接合するための既知の既存の解決策は、迅速で、安価で、フレキシブルで、突き合わせプロセス中に容易に試験可能な解決策を提供しない。

本発明は、個別に試験可能な、接続されたサブエレメントの製造を可能にし、それによって完成品上で不適合性が検出されるリスクを実質的に低減させる感光板の突き合わせ接合方法を提供することにより、上述の問題の全部又は幾つかを克服することを目的とする。それに加えて、本発明の主旨である方法により、サブエレメントのアラインメントが容易になる。また、実質的な投資や長期間にわたる複雑な開発を行うことなく、取得したセンサの寸法に関する高いフレキシビリティも提供される。本発明による方法のその他の利点は、以下に詳しく説明される。

そのために、本発明の１つの主題は、
－イメージングセンサを第一の基板に取り付ける第一のステップと、
－取り付けられたイメージングセンサの周囲の所定の距離において第一の基板を分割する第二のステップと、
－イメージングセンサを駆動するためのドライバ回路板を、分割された第一の基板の、取り付けられたイメージングセンサの付近に取り付ける第三のステップと、
－イメージングセンサを駆動するためのドライバ回路板を取り付けられたイメージングセンサに接続して、第一のタイルを取得する第四のステップと、
－第一、第二、第三、及び第四のステップを繰り返して、第二のタイルを取得するステップと、
－得られた第一のタイルと第二のタイルを、分割された第一の基板を縁同士が接触するように設置することによって突き合わせ接合する第五のステップと、
－突き合わせ接合されたタイルを主基板に取り付ける第六のステップと、
－突き合わせ接合された第一のタイルと第二のタイルのイメージングセンサのドライバ回路板をイメージャのマザーボードに接続する第七のステップと、
を含むイメージャの製造方法である。

有利な点として、本発明によるイメージャの製造方法は、イメージングセンサを駆動するためのドライバ回路板を結合されたイメージングセンサに接続する第四のステップの後に、タイルの適合性を試験するステップを含む。

有利な点として、本発明によるイメージャの製造方法は、イメージングセンサを駆動するためのドライバ回路板を結合されたイメージングセンサに接続する第四のステップの後に、タイルを保管するステップを含む。

有利な点として、本発明によるイメージャの製造方法は、第一の基板を分割する第二のステップは、レーザビームによって、又はベッセルビームによって分割するステップである。

有利な点として、本発明によるイメージャの製造方法は、第一の取付ステップの後に、第一の基板にマーキングするステップを含む。

本発明によるイメージャの製造方法において、第一のタイルは第二のタイルの寸法とは異なる寸法を有する。

本発明はまた、第一のタイルと第二のタイルを含むイメージャにも関し、タイルの各々は、
－第一の基板と、
－第一の基板に取り付けられたイメージングセンサであって、第一の基板は結合されたイメージングセンサの周囲の所定の距離において分割されるようなイメージングセンサと、
－第一の基板のイメージングセンサの付近に取り付けられ、イメージングセンサに接続された、イメージングセンサを駆動するための駆動回路板と、
を含み、
第一のタイルと第二のタイルは、第一の基板を縁同士が接触するように設置することによって突き合わせ接合され、
イメージャは、突き合わせ接合されたタイルがそこに取り付けられる主基板と、突き合わせ接合された第一のタイルと第二のタイルのイメージングセンサを駆動するためのドライバ回路板に接続されたマザーボードを含む。

第一のタイルは、第二のタイルの寸法とは異なる寸法を有していてよい。

例として提供される１つの実施形態の詳細な説明を読むことにより、本発明はよりよく理解され、その他の利点も明らかになり、この説明は下記のような添付の図面により図解されている。

本発明によるイメージャの製造方法のステップの図表を示す。 本発明によるイメージャの製造方法の主要なステップを概略的に示す。 本発明によるイメージャの１つの実施形態を概略的に示す。

明瞭にするために、これらの図面は全てが同じ縮尺であるとは限らない。さらに、様々な図面を通じて、同じ要素には同じ参照符号が付されている。

図１は、本発明によるイメージャの製造方法のステップの図表を示す。イメージャの製造方法はステップ１００～１０６を含み、これについては以下で詳しく説明する。任意選択により、これは、個別にも組み合わせても採用されるステップ１０７、１０８、１０９を含んでいてもよい。

図２は、本発明によるイメージャの製造方法の主要なステップを概略的に示す。

イメージャ１０の製造方法は、イメージングセンサ１１を第一の基板１２に取り付ける第一のステップ１００を含む。本発明による方法は、ＣＭＯＳ又はＣＣＤ技術を用いたイメージングセンサ１１に適用されてよい。イメージングセンサ１１はここでは長方形の形状で示されているが、他の多角形の形状をとってもよい。イメージングセンサ１１は、イメージング領域３１と、イメージングセンサ１１をドライバ回路板に接続し、イメージングセンサ１１の駆動を提供するためとされる駆動及び接続領域３２を含む。第一の基板１２は、イメージングセンサ１１を支持するのに適したガラス、セラミック、又は結晶材料で製作されてよい。イメージングセンサ１１を第一の基板１２に取る付けるステップ１００は一般に、結合によって行われる。このような結合は、有利な態様として、両面接着フィルムを第一の基板１２に取り付けることによって実現される。代替的に、接着剤が基板１２に付着されてもよい。接着フィルムによる結合は好ましい取付方法のままであるものの、イメージングセンサ１１を第一の基板１２に取り付けるその他の方法が実施されてもよい。

個々のイメージングセンサ１１の第一の基板１２への結合はそれゆえ、厳しいアラインメント制約を受けずに行われる。アラインメントは、先行技術の方法で要求されている数マイクロメートル以内ではなく、数ミリメートル以内である。

本発明による方法は次に、第一の基板１２を、結合されたイメージングセンサ１１の周囲の所定の距離１４において分割する第二のステップ１０１を含む。これは、イメージングセンサの周囲全体にわたり、イメージングセンサ１１のイメージング領域３１に沿ったわずかな土台と駆動及び接続領域３２の１つの縁に沿った、より大きいスペースを残して分割される。この２番目のスペースは、イメージングセンサ１１を駆動するためのドライバ回路板を受けるためとされる。イメージングセンサ１１は第一の基板１２に結合されるため、分割されるのは第一の基板１２である。この分割は精密でなければならず（５μｍのオーダ）、従来の設備を使って行われてよく、例えばレーザビーム又はベッセルビームによって分割される。ベッセルビームは、長い距離にわたり干渉により構成されるレーザビームの一形態であり、それによって透明材料内部で回折せずに長く伸びるかもしれないエネルギーの強度集中が可能となる。超高速レーザを使って生成されるベッセルビームにより、露光された材料の深い穴あけが可能となり、これは特に高いアスペクト比のナノチャネルをカットするのに特に適している。したがって、ごく小さい直径（２μｍ未満）の溝を厚さ数ミリメートルのガラス層にカットすることが可能である。ナノチャネルを第一の基板にカットした後に、これはそのナノチャネルにより画定される線に沿って分割されてよい。この方式により、産業規模でガラスを正確に機械加工するのに必要な高品質で精密な機械加工を提供するために分割を良好に制御できる。

分割ステップは、第一の基板１２の前面からも裏面からも行われてよい。裏面から分割することは、依然としてイメージングセンサ１１上の汚れを回避するための好ましい解決策である。ブレードを使って分割ステップを実行することも可能であるが、それでも、分割の精密さを確保し、汚染物質がイメージングセンサの中に、それに損傷を与えないように入り込まないことを確実にすることが重要である。

分割ステップは、第一の基板１２に取り付けられるイメージングセンサ１１のサブアセンブリのための機械的及び電気的（ＥＳＤ）保護の点で他の利点を提供する。具体的には、第一の基板１２は、イメージングセンサ１１の寸法より大きく分割され、その後の取扱中にイメージングセンサ１１間の横方向の接触のリスクがなくなる。

図２は、イメージングセンサ１１から距離１４における、イメージングセンサ１１のイメージング領域３１の周囲全体にわずかな土台を残す分割ステップ１０１の後の第一の基板１２の拡大図を示す。

本発明による方法は、イメージングセンサ１１を駆動するためのドライバ回路板１３を分割された第一の基板１２の、取り付けられたイメージングセンサ１１の付近に取り付ける第三のステップ１０２をさらに含む。より具体的には、ドライバ回路板１３は、第一の基板１２に、イメージングセンサ１１の駆動及び接続領域３２と並置するように取り付けられる。特に、ドライバ回路板１３は接着フィルムによる、又は接着剤を用いる結合によって取り付けられてよい。

次に、本発明による方法は、イメージングセンサ１１を駆動するためのドライバ回路板１３を取り付けられたイメージングセンサ１１に接続して第一のタイル２１を得る第四のステップ１０３を含む。ドライバ回路板１３は、イメージングセンサ１１の駆動及び接続領域３２に接続される。接続ステップ１０３は、ワイヤボンディングにより行われてもよい。ワイヤボンディングは、イメージングセンサ１１とドライバ回路板１３との間の電気接続を行うために使用される技術の１つである。配線は、接続されることになる素子の各々にこの目的のために提供された２つの接続パッド間にはんだ付けされたワイヤを使って実現される。はんだ付けは一般に、超音波によって行われる。ワイヤの材料はアルミニウム、金、又は銅である。ワイヤの直径は２０μｍのオーダである。ステップ１００～１０３は、１つのタイルのために連続して行われる。複数のステップ１００～１０３は、複数のタイルを得るために並行して、すなわち同時に行われてもよい。

第二のタイル２２を得るために、第一、第二、第三、及び第四のステップが繰り返さる。すると、２つのタイル２１、２２ができ、各々がその第一の基板１２上にある。換言すれば、第一の基板１２とタイルは同じ数だけある。方法は、ここでは２つのタイルを使って説明されているが、この原理は何れの数のタイルにも同様に当てはまる。図２のイメージャには６つのタイルが見え、方法はより多くのタイルを実装する非常に大型のイメージャにも特に有利に適用可能である。

本発明による方法は、得られた第一のタイル２１と第二のタイル２２を、２つの分割された第一の基板１２を縁同士が接触するように設置することによって突き合わせ接合する第五のステップ１０４を含む。突き合わせ接合とは、エンドツーエンドで接合する動作を意味する。タイル２１はタイル２２と並置される。換言すれば、第一の基板１１は、分割ステップ１０１の後、イメージングセンサ１１の平面に実質的に垂直な側面を示す。したがって、各タイルはイメージング領域３１の周囲に３つの自由側面を有する。２つのタイルは、１つのタイルの１つの自由側面を他のタイルの１つの側面と接触するように設置することにより、突き合わせ接合される。タイルを２つずつ突き合わせ接合することにより、非常に大きな面積のイメージングセンサ１１を得ることが可能である。

タイルが突き合わせ接合されると、各々の位置は固定される。方法はすると、突き合わせ接合されたタイル２１、２２を主基板２３に取り付ける第六のステップ１０５を含む。主基板２３はタイルの裏面に取り付けられ、これはイメージャの補強に役立つ。

最後に、本発明による方法は、突き合わせ接合された第一のタイル２１及び第二のタイル２２のイメージングセンサ１１のドライバ回路板１３をイメージャ１０のマザーボード２４に接続する第七のステップ１０６を含む。ステップ１０４～１０６は連続して行われる。これらは、複数のタイル群について並行して、すなわち同時に行われてもよい。

本発明の１つの実施形態において、イメージャの製造方法は、イメージングセンサ１１を駆動するためのドライバ回路板１３を取り付けられたイメージングセンサ１１に接続する第四のステップ１０３の後に、タイルの適合性を試験するステップ１０７を含んでいてもよい。

第一の基板１２上で個別に行われるイメージングセンサ１１の分割と、それらのドライバ回路板１３へのそれらの接続によって、各タイルを絶縁することができる。各タイルはしたがって、個々に試験され、特徴付けられてから、タイルの保管、ペアリング、及び突き合わせ接合が行われて、最終的なイメージャが製造されてよい。

個々のタイルの適合性の試験を行うことにより、高い付加価値を有するサブアセンブリを廃棄するリスクが回避され、これは適合性試験がイメージャ製造方法のきわめて早い段階で行われるからであり、欠陥品の可能性のあるタイルを排除できる。

本発明の１つの実施形態において、イメージャの製造方法は、イメージングセンサ１１を駆動するためのドライバ回路板１３を結合されたセンサ１１に接続する第四のステップ１０３の後に、タイルを保管するステップ１０８を含んでいてよい。

特に、個々のタイルを製造することは、安全な保管の必要性に対応する。各イメージングセンサ１１はその第一の基板１２に結合されるため、破損のリスクはほとんど、又はまったくない。また、ＵＶ処理のために、終了日の前に、フィルム切断時にイメージングセンサを受け取る際にトレーサビリティをもたらすことも可能である。具体的には、本発明による方法によって、イメージャは２段階で製造されてよく、すなわち、ステップ１００～１０３が行われて個々のタイルが得られ、その後、このタイルが保管される。第二の段階では、保管され、最近製造された複数のタイルが突き合わせ接合されてよい。

本発明の１つの実施形態において、イメージャの製造方法は、第一の取付ステップ１００の後に、第一の基板１２にマーキングするステップ１０９を含んでいてよい。マーキングは、タグ付け、バーコードの取付、又は番号若しくはコードのエッチングによって行われてよく、それによってイメージングセンサ１１の追跡が可能となる。第一の基板１２に結合されると、第一の基板１２は、チップ製造データ（バッチ番号、画像の特性等）と結び付けるために容易にエッチングされるかもしれない。

最後に、第一のタイル２１は第二のタイル２２の寸法とは異なる寸法を有していてよい点に気付くかもしれない。このように異なる寸法のタイルを突き合わせ接合できることにより、本発明による方法を用いて製造可能なイメージャの種類が非常にフレキシブルとなる。

本発明は、標準的な設備と方法を新規で進歩的な方法で使用して大型イメージャを製造できる解決策を提供する。本発明は、従来の突き合わせ接合（全てのチップを１つの基板上に結合する）中のミスアラインメントによる高い付加価値の廃棄、１つの基板上でのイメージングセンサの突き合わせ接合作業中のイメージングセンサの破損、又は全てのイメージングセンサを組み立てた後の試験中でしか検出できない静電気ショックを通じたイメージングセンサの損傷のリスクを回避する。

本発明は、２００～３００ｍｍ／ｓのオーダの「第一の基板に結合されたイメージングセンサ」のサブアセンブリの高速分割を可能にする解決策を提供し、これは、短いサイクルタイムを意味する。個別のタイルを製造することによって、本発明は試験済みの、正常に機能するタイルの安全な保管を可能にする。

各イメージングセンサは第一の基板の一部に結合されるため、本発明によってタイルの第一の基板上のイメージングセンサの高いトレーサビリティを得ることが可能となる。

図３は、本発明によるイメージャの１つの実施形態を概略的に示す。イメージャ２０は、第一のタイル２１と第二のタイル２２を含み、タイル２１、２２の各々は、第一の基板１２と、第一の基板１２に取り付けられたイメージングセンサ１１であって、第一の基板１２は結合されたイメージングセンサ１１の周囲の所定の距離１４において分割されるようなイメージングセンサ１１と、第一の基板１２に取り付けられたイメージングセンサ１１を駆動するための、イメージングセンサ１１に近い、イメージングセンサ１１に接続されたドライバ回路板１３と、を含む。本発明によれば、第一のタイル２１と第二のタイル２２は、２つの第一の基板１２を縁同士が接触するように設置することによって突き合わせ接合される。イメージャ２０は、そこに突き合わせ接合されたタイルが取り付けられる主基板２３と、イメージングセンサ１１の複数のドライバ回路板１３を駆動するために、突き合わせ接合された第一のタイル２１及び第二のタイル２２のイメージングセンサ１１を駆動するドライバ回路板１３に接続されるマザーボード２４をさらに含む。イメージャ２０はそれゆえ、複数のタイルと複数の第一の基板１２（各タイルがそれぞれの第一の基板を有する）を含む。タイルは、タイルの個々の第一の基板を縁同士が接触するように設置することによって突き合わせ接合される。このように突き合わせ接合されたタイルは、第一の基板とは異なる主基板２３に取り付けられる。

図３に示されるイメージャ２０では、第一のタイル２１は第二のタイル２２の寸法と異なる寸法を有する。しかしながら、本発明はまた、タイルの全てが同じ寸法を有するイメージャ１０にも関する。

本発明は、ＣＭＯＳ又はその他の技術に基づく感光板を突き合わせ接合することによって製造される何れのイメージセンサにも応用される。

１０ イメージャ
１１ イメージングセンサ
１２ 第一の基板
１３ ドライバ回路板
１４ 距離
２０ イメージャ
２１ 第一のタイル
２２ 第二のタイル
２３ 主基板
２４ マザーボード
３１ イメージング領域
３２ 駆動及び接続領域

Claims (8)

1. イメージャ（１０、２０）の製造方法であって、
   ａ．イメージングセンサ（１１）を第一の基板（１２）に取り付ける第一のステップ（１００）と、
   ｂ．取り付けられた前記イメージングセンサ（１１）の周囲の所定の距離において前記第一の基板（１２）を分割する第二のステップ（１０１）と、
   ｃ．前記イメージングセンサ（１１）を駆動するためのドライバ回路板（１３）を、分割された前記第一の基板（１２）に、取り付けられた前記イメージングセンサ（１１）の駆動及び接続領域（３２）と並置するように取り付ける第三のステップ（１０２）と、
   ｄ．前記イメージングセンサ（１１）を駆動するための前記ドライバ回路板（１３）を、取り付けられた前記イメージングセンサ（１１）に接続して、第一のタイル（２１）を取得する第四のステップ（１０３）と、
   ｅ．前記第一、第二、第三、及び第四のステップを繰り返して、第二のタイル（２２）をその上の第一の基板（１２）に得るステップと、
   ｆ．得られた前記第一のタイル（２１）と第二のタイル（２２）を、２つの分割された前記第一の基板（１２）を縁同士が接触するように設置することによって突き合わせ接合する第五のステップ（１０４）と、
   ｇ．突き合わせ接合された前記第一のタイル（２１）および前記第二のタイル（２２）を主基板（２３）に取り付ける第六のステップ（１０５）と、
   ｈ．突き合わせ接合された前記第一のタイル（２１）と第二のタイル（２２）の前記イメージングセンサ（１１）の前記ドライバ回路板（１３）を前記イメージャ（１０、２０）のマザーボード（２４）に接続する第七のステップ（１０６）と、
   を含むことを特徴とする製造方法。
2. 前記イメージングセンサ（１１）を駆動するための前記ドライバ回路板（１３）を結合された前記イメージングセンサ（１１）に接続する前記第四のステップ（１０３）の後に、前記第一のタイル（２１）および前記第二のタイル（２２）の適合性を試験するステップ（１０７）を含む、請求項１に記載のイメージャ（１０、２０）の製造方法。
3. 前記イメージングセンサ（１１）を駆動するための前記ドライバ回路板（１３）を結合された前記イメージングセンサ（１１）に接続する前記第四のステップ（１０３）の後に、前記第一のタイル（２１）および前記第２のタイル（２２）を保管するステップ（１０８）を含む、請求項１又は２に記載のイメージャ（１０、２０）の製造方法。
4. 前記第一の基板（１２）を分割する前記第二のステップ（１０１）は、レーザビームによって、又はベッセルビームによって分割するステップであることを特徴とする、請求項１～３の何れか１項に記載のイメージャ（１０、２０）の製造方法。
5. 前記第一のステップ（１００）の後に、前記第一の基板（１２）にマーキングするステップ（１０９）を含む、請求項１～４の何れか１項に記載のイメージャ（１０、２０）の製造方法。
6. 前記第一のタイル（２１）は前記第二のタイル（２２）の寸法とは異なる寸法を有する、請求項１～５の何れか１項に記載のイメージャ（２０）の製造方法。
7. イメージャ（１０、２０）であって、
   第一のタイル（２１）と第二のタイル（２２）を含み、前記第一のタイル（２１）および前記第二のタイル（２２）の各々は、
   ａ．第一の基板（１２）と、
   ｂ．前記第一の基板（１２）に取り付けられたイメージングセンサ（１１）であって、前記第一の基板（１２）は結合された前記イメージングセンサ（１１）の周囲の所定の距離（１４）において分割される、イメージングセンサ（１１）と、
   ｃ．前記イメージングセンサ（１１）に接続されるように、前記イメージングセンサ（１１）を駆動するための、前記第一の基板（１２）に取り付けられたドライバ回路板（１３）と、
   を含み、
   前記第一のタイル（２１）と前記第二のタイル（２２）は、２つの前記第一の基板（１２）を縁同士が接触するように設置することによって突き合わせ接合されることと、
   それが、突き合わせ接合された前記第一のタイルおよび前記第二のタイルがそこに取り付けられる主基板（２３）と、突き合わせ接合された前記第一のタイル（２１）と第二のタイル（２２）の前記イメージングセンサ（１１）を駆動するための前記ドライバ回路板（１３）に接続されたマザーボード（２４）と、を含むこと
   を特徴とするイメージャ（１０、２０）。
8. 前記第一のタイル（２１）は、前記第二のタイル（２２）の寸法とは異なる寸法を有する、請求項７に記載のイメージャ（２０）。