特許 7500876 Ｘ線放射の検出のためのモジュールアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】Ｘ線放射の検出のためのモジュールアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   G01T 7/00 20060101AFI20240610BHJP

   A61B 6/42 20240101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

G01T7/00 A

A61B6/42 530R

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023527425

(86)(22)【出願日】2021-11-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-20

(86)【国際出願番号】 EP2021081324

(87)【国際公開番号】W WO2022101313

(87)【国際公開日】2022-05-19

【審査請求日】2023-05-08

(31)【優先権主張番号】102020130002.6

(32)【優先日】2020-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】505325040

【氏名又は名称】エイエムエス－オスラム アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ａｍｓ－ＯＳＲＡＭ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｓｃｈｌｏｓｓ Ｐｒｅｍｓｔａｅｔｔｅｎ， Ｔｏｂｅｌｂａｄｅｒｓｔｒ． ３０， ８１４１ Ｐｒｅｍｓｔａｅｔｔｅｎ， Ａｕｓｔｒｉａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シュタッドラー エドゥアルド

(72)【発明者】

【氏名】エシュマイアー ハラルド

(72)【発明者】

【氏名】フーバー ファビアン

(72)【発明者】

【氏名】ペルトル ヨセフ

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２６４２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１８０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００９０８２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１５８８９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２０４４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２６５８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５４４０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７８２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１５４１２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／００－１／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７－７／１２

Ａ６１Ｂ ６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリであって、
－Ｘ線放射のフォトンを受け取り、受け取ったフォトンに応答して電気信号を提供するように構成された、Ｘ線センサ（１００）と、
－電気信号を処理するためのシステムインパッケージ構造（２００）であって、入力／出力端子（２０１）と、第１のインターポーザ（２１０）および第２のインターポーザ（２２０）と、集積回路（２３０）とを含み、前記第１のインターポーザ（２１０）および前記第２のインターポーザ（２２０）および前記集積回路（２３０）は前記システムインパッケージ構造（２００）内の積層構成で配置される、システムインパッケージ構造（２００）と、を備え、
－前記集積回路（２３０）は前記電気信号を評価するように構成され、
－前記第１のインターポーザ（２１０）は、前記Ｘ線センサ（１００）と前記集積回路（２３０）との間に電気的な接続を提供するように構成され、
－前記第２のインターポーザ（２２０）は、前記集積回路（２３０）と前記入力／出力端子（２０１）との間に電気的な接続を提供するように構成され、
前記システムインパッケージ構造（２００）は、前記第１および前記第２のインターポーザ（２１０、２２０）の各々がモールドコンパウンド（２５０）に直接接触するように、前記第１および前記第２のインターポーザ（２１０、２２０）の間に配置される前記モールドコンパウンド（２５０）を含む、モジュールアセンブリ。

【請求項2】

－前記第１のインターポーザ（２１０）は前記Ｘ線センサ（１００）への電気的な接続を提供する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、前記集積回路（２３０）は前記第１のインターポーザ（２１０）の前記第２の面に配置され、
－前記第２のインターポーザ（２２０）は第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、前記入力／出力端子（２０１）は前記第２のインターポーザ（２２０）の前記第２の面に配置され、
－前記第１および前記第２のインターポーザ（２１０、２２０）は、前記第２のインターポーザ（２２０）の前記第１の面が前記第１のインターポーザ（２１０）の前記第２の面に対向するように積層される、請求項１に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項3】

－前記第１および第２のインターポーザ（２１０、２２０）は、互いに離間して配置され、
－前記システムインパッケージ構造（２００）は、前記第１のインターポーザ（２１０）の前記第２の面と前記第２のインターポーザ（２２０）の前記第１の面との間に電気的な接続を提供するために、前記第１および第２のインターポーザ（２１０、２２０）の間に配置された少なくとも１つの相互接続素子（２４０）を含む、請求項２に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項4】

－前記第１のインターポーザ（２１０）は、前記集積回路（２３０）を前記Ｘ線センサ（２００）に電気的に結合するための第１の導電路（２４１）と、前記集積回路（２３０）を相互接続素子（２４０）に電気的に結合するための第２の導電路（２４２）とを備え、
－前記第２のインターポーザ（２２０）は、相互接続素子（２４０）を前記入力／出力端子（２０１）に電気的に結合するための第３の導電路（２４３）を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項5】

前記相互接続素子（２４０）は、銅またははんだボールとして構成される、請求項３または４に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項6】

前記システムインパッケージ構造（２００）は受動回路素子（２６０）を備え、前記受動回路素子（２６０）は、前記第１のインターポーザ（２１０）の第２の面または前記第２のインターポーザ（２２０）の第１の面に配置される、請求項２～５のいずれか一項に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項7】

前記システムインパッケージ構造（２００）は温度調節のための加熱素子（２７０）を備え、前記加熱素子（２７０）は、前記第１のインターポーザの第１の面および第２の面のうちの少なくとも１つ、または前記第２のインターポーザの第１の面および第２の面のうちの少なくとも１つ、または前記第１または前記第２のインターポーザ（２１０、２２０）の内側に配置される、請求項１～６のいずれか一項に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項8】

前記加熱素子（２７０）は、前記システムインパッケージ構造（２００）の断面図において、前記第１または第２のインターポーザ（２１０、２２０）の全領域にわたって延在するように配置される、請求項７に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項9】

前記加熱素子（２７０）は、前記システムインパッケージ構造（２００）の断面図において、垂直に突出して配置された前記第１または第２のインターポーザ（２１０、２２０）のそれぞれの領域にわたって延在し、前記モジュールアセンブリ（１０）の頂部から見て、前記集積回路（２３０）に対して横方向にオフセットするように配置される、請求項７に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項10】

前記加熱素子（２７０）は、前記入力／出力端子（２０１）に印加される信号によって外部制御されるか、または前記集積回路（２３０）によって内部制御されるように構成される、請求項７に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項11】

－前記システムインパッケージ構造（２００）は、第１の導電路（２４１）を第２の導電路（２４２）から遮蔽するための少なくとも１つの遮蔽層（２８０）を備え、
－前記遮蔽層（２８０）は、前記第１のインターポーザ（２１０）の内側または前記集積回路（２３０）の表面上に配置される、請求項４～１０のいずれか一項に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項12】

前記Ｘ線センサ（１００）は、直接または間接変換のために構成される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のモジュールアセンブリ。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか一項に記載のＸ線放射を検出するためのモジュールアセンブリを製造するための方法であって、
－パネルレベルプロセスを用いてパネルアセンブリ（２）を構築することであって、前記パネルアセンブリは前記第１のインターポーザ（２１０）を形成するための第１のパネル（Ｐ１）と、前記第２のインターポーザ（２２０）を形成するための第２のパネル（Ｐ２）と、前記第１のパネル（Ｐ１）の表面に取り付けられた複数の集積回路（２３０）とを含み、モールドコンパウンド（２５０）が、前記第１および前記第２のインターポーザ（２１０、２２０）の各々が前記モールドコンパウンド（２５０）に直接接触するように、前記第１および前記第２のインターポーザ（２１０、２２０）の間に配置される、構築することと、
－パネルアセンブリ（２）を単一化して、前記システムインパッケージ構造（２００）の個々のものを提供することと、
－各Ｘ線センサ（１００）を前記システムインパッケージ構造（２００）の個々のもの上に配置することと、を含む、方法。

【請求項14】

Ｘ線検出器であって、
－複数の請求項１～１２のいずれか一項に記載のＸ線放射を検出するためのモジュールアセンブリ（１０）を備え、
－前記モジュールアセンブリ（１０）の各Ｘ線センサ（１００）は、前記Ｘ線放射をそれぞれ受信するための複数のピクセル（１１１）を含むピクセル化された検出器領域（１１０）を備え、
－前記複数のモジュールアセンブリ（１０）は、前記Ｘ線センサ（１００）のそれぞれのピクセル化された検出器領域（１１０）がそれらの間に間隙を形成することなく互いに当接するように並べて配置される、Ｘ線検出器。

【請求項15】

医学的診断のための装置であって、
－請求項１４に記載の前記Ｘ線検出器（２０）を備え、
－前記装置（１）は、コンピュータ断層撮影スキャナ用のＸ線装置として構成される、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コンピュータ断層撮影用途において使用され得る、Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリに関する。本開示はさらに、Ｘ線検出器、およびＸ線検出器を備える医療診断のための装置に関する。本開示はまた、Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリを製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線装置では、Ｘ線源によって放出されたＸ線放射が人間の組織などの物体を通過した後に検出され、評価される。Ｘ線診断において、コンピュータ断層撮影は、高分解能Ｘ線画像を撮影するために長い間使用されてきた。

【0003】

従来のコンピュータ断層撮影スキャナは、Ｘ線のフォトンを電気信号に変換するために間接変換原理を使用する。Ｘ線は、まず、シンチレータ材料を用いて可視光に変換され、その後、可視光は電気信号に変換される。

【0004】

新しい世代のコンピュータ断層撮影スキャナは、直接変換原理を使用する。いわゆるフォトンカウンティングコンピュータ断層撮影法では、Ｘ線放射を直接充電に変換する検出器材料が使用される。フォトンカウンティングシステムでは、単一のＸ線フォトンイベントが検出され、カウントされ、応答はスペクトル情報を得ることを可能にするフォトンエネルギーに依存する。

【0005】

従来のコンピュータ断層撮影においても、フォトンカウンティングコンピュータ断層撮影においても、大きなＸ線検出器が必要とされている。大きなＸ線検出器のアセンブリは、検出器の撮像領域を全方向に延ばすことを可能にするために４面突き合わせ可能（four side buttable modules）モジュールを必要とする。隣接するモジュールは、ピクセル間に隙間なく、４つの側面すべてに取り付けることができる。

【0006】

例えば、コンピュータ断層撮影において使用され得る大きな検出器面積を有するＸ線検出器を構築することを可能にする、４面突き合わせ可能パッケージを有するＸ線放射を検出するためのモジュールアセンブリを提供することが望まれている。

【0007】

さらなる要望は例えば、コンピュータ断層撮影において使用され得る大きな検出器面積を有するＸ線検出器を提供することである。

【0008】

さらなる要望は、非常に高いカウント率で動作する大きなＸ線検出器を有する医療診断のための装置を提供することである。

【0009】

さらに、Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリを製造するための費用効果の高い方法を提供する必要がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

大きいＸ線検出器の構成を可能にするための４面突き合わせ可能な構成を有するＸ線放射の検出のためのモジュールアセンブリが請求項１に記載されている。

【0011】

Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリは、Ｘ線放射のフォトンを受け取り、受け取ったフォトンに応答して電気信号を提供するように構成されたＸ線センサを備える。モジュールアセンブリは、電気信号を処理するためのシステムインパッケージ構造をさらに備える。システムインパッケージ構造は、入力／出力端子と、第１のインターポーザと、第２のインターポーザと、集積回路とを含む。第１のインターポーザおよび第２のインターポーザならびに集積回路は、システムインパッケージ構造において積層構成で配置される。

【0012】

集積回路は、電気信号を評価するように構成される。第１のインターポーザは、Ｘ線センサと集積回路との間に電気的な接続を提供するように構成される。第２のインターポーザは、集積回路と入力／出力端子との間に電気的な接続を提供するように構成される。

【0013】

モジュールアセンブリは、Ｘ線センサの大きいピクセル化された検出器からデータを読み出す４面突き合わせ可能モジュールを構築することを可能にするシステムインパッケージ構造を有する。パッケージ構造は４つの側面全てに組み立てることができ、したがって、４面突き合わせ可能である。したがって、複数のモジュールアセンブリを並べて配置して、Ｘ線検出器の大きな連続Ｘ線感応領域を形成することができる。

【0014】

パッケージ構造は、Ｘ線センサと、パッケージ構造の両側、特に上面および底側の入力／出力／供給接続とを接続することを可能にする。パッケージ構造の上面と底面との間の電気的接続は、パッケージ内で確立される。

【0015】

集積回路がＸ線センサに直接実装される、例えば直接はんだ付けされるスルーシリコンビア手法とは対照的に、提案されるシステムインパッケージ構造は、集積回路とＸ線センサの寸法との整合を必要としない。システムインパッケージ構造は、使用されるＸ線センサへの容易な適合を可能にする。Ｘ線センサの設計が変更される場合、第１の／上面インターポーザを変更するだけでよいが、はるかに複雑な集積回路は変更されないままであり得る。これは、Ｘ線センサの寸法またはピクセルピッチを変化させることは、集積回路の完全な再設計を必要としないことを意味する。

【0016】

入力／入出力端子、第１および第２のインターポーザならびに集積回路を備えるシステムインパッケージ構造は、単一の試験可能ユニットとして構成され、その機能性は、システムインパッケージ構造およびＸ線センサを含む完全なモジュールアセンブリが完成する前に試験することができ、顕著な生産の増大をもたらす。

【0017】

さらに、システムインパッケージ構造は、温度調整のための加熱素子の集積化、または検出器システムに必要とされ得る受動回路素子の集積化など、いくつかの電気構成素子のパッケージ内部への直接的な集積化を可能にする。

【0018】

以下では、モジュールアセンブリのいくつかの実施形態が特定される。

【0019】

モジュールアセンブリの一実施形態によれば、第１のインターポーザは、Ｘ線センサへの電気的接続を提供するための第１の／上面と、第１の面とは反対側の第２の／底面とを有する。集積回路は、第１のインターポーザの第２の面に配置される。

【0020】

第２のインターポーザは、第１の／上面と、第１の面の反対側の第２の／底面とを有する。入力／出力端子は、第２のインターポーザの第２の／底面に配置される。第１および第２のインターポーザは、第２のインターポーザの第１の／上面が第１のインターポーザの第２の／底面に面するように積層される。

【0021】

システムインパッケージ構造は、第１のインターポーザの第１の／上面および第２のインターポーザの第２の／底面に入力／出力接続を有し、Ｘ線センサを第１のインターポーザの第１の／上面に取り付けることができ、入力／出力または供給のための外部接続を第２のインターポーザの第２の／底面に配置することができる。

【0022】

第１および第２のインターポーザは、互いに離間して配置される。モジュールアセンブリの一実施形態によれば、システムインパッケージ構造は、第１のインターポーザの第２の／底面と第２のインターポーザの第１の／上面との間に電気的な接続を提供するために、第１のインターポーザと第２のインターポーザとの間に配置された少なくとも１つの相互接続素子を含む。第１のインターポーザと第２のインターポーザとの間の相互接続素子は、銅またははんだボールとして構成され得る。

【0023】

電気信号はまた、第１および第２のインターポーザの第１の／上面および第２の／底面の間で伝送されてもよい。この目的のために、第１のインターポーザは、集積回路をＸ線センサに電気的に結合するための第１の導電経路と、集積回路を相互接続素子に電気的に結合するための第２の導電経路とを備える。第２のインターポーザは、相互接続素子を第２のインターポーザの第２の／底面の入力／出力端子に電気的に結合するための第３の導電経路を備える。

【0024】

モジュールアセンブリの可能な実施形態によれば、システムインパッケージ構造は、第１の導電層を第２の導電層から遮蔽するための少なくとも１つの遮蔽層を備える。遮蔽層は、第１のインターポーザの内側に配置されてもよく、または集積回路の表面上に配置されてもよい。遮蔽層は、第１および第２の導電層上で伝送される非常に小さい信号レベルの相互干渉を回避するために設けられる。

【0025】

モジュールアセンブリの一実施形態によれば、システムインパッケージ構造は、受動回路素子を備える。受動回路素子は、第１のインターポーザの第２の／底面、または第２のインターポーザの第１の／上面に配置されてもよい。

【0026】

モジュールアセンブリの別の実施形態によれば、システムインパッケージ構造は、第１のインターポーザと第２のインターポーザとの間に配置されたモールドコンパウンドを備える。

【0027】

モールドコンパウンドは、第１のインターポーザと第２のインターポーザとの間の固定された接続を可能にし、したがって、システムインパッケージ構造の全体の配置を一緒に保持する。相互接続素子、例えば、銅またはんだボール、および／または受動回路素子は、モールドコンパウンドに埋め込まれてもよい。

【0028】

モジュールアセンブリの別の可能な実施形態によれば、システムインパッケージ構造は、温度調節のための加熱素子を備える。加熱素子は、第１のインターポーザの第１および第２の面のうちの少なくとも１つの上に、または第２のインターポーザの第１および第２の面のうちの１つの上に、または別の実施形態によれば、第１または第２のインターポーザの内側に配置され得る。

【0029】

モジュールアセンブリの可能な実施形態によれば、加熱素子は、システムインパッケージ構造の断面図において、第１および第２のインターポーザの全領域にわたって延在するように配置される。

【0030】

モジュールアセンブリの別の可能な実施形態によれば、加熱素子は、システムインパッケージ構造の断面図において、垂直凸部に位置する第１または第２のインターポーザのそれぞれの領域にわたって延在し、モジュールアセンブリの頂部から見て、集積回路に対して横方向にオフセットするように配置される。

【0031】

加熱素子は入力／出力端子に印加される信号によって外部制御されるように、または集積回路によって内部制御されるように構成される。

【0032】

大きなピクセル化された検出器領域を有するＸ線検出器の実施形態は、請求項１４に記載されている。

【0033】

Ｘ線検出器は、上述のように、Ｘ線放射を検出するための複数のモジュールアセンブリを備える。モジュールアセンブリの各Ｘ線センサは、Ｘ線放射をそれぞれ受け取るための複数のピクセルを含むピクセル化された検出器領域を備える。複数のモジュールアセンブリは、Ｘ線センサのそれぞれのピクセル化された検出器領域がそれらの間に間隙を形成することなく互いに当接するように、並んで配置される。複数の突き合わされたモジュールアセンブリは、大きいＸ線感受性検出器表面の構築を可能にする。

【0034】

Ｘ線検出器を含む医療診断用装置は、請求項１５に記載される。装置は例えば、コンピュータ断層撮影スキャナのためのＸ線装置として構成されてもよい。

【0035】

Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリを製造する方法は、請求項１３に記載されている。

【0036】

Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリを製造するための提案された方法によれば、パネルアセンブリは、パネルレベル処理を使用して構築される。パネルアセンブリは、第１のインターポーザを形成するための第１のパネルと、第２のインターポーザを形成するための第２のパネルと、第１のパネルの表面に取り付けられた複数の集積回路とを含む。パネルアセンブリは、単一化されて、システムインパッケージ構造の個々のものを提供する。それぞれのＸ線センサは、システムインパッケージ構造の個々のＸ線センサのそれぞれに配置される。

【0037】

これは、システムインパッケージ構造は完全なモジュールアセンブリとは別に、パネルレベルプロセスフローで製造される、ということを意味する。パネルレベルプロセスにおける複数のパッケージ構造の製造は、費用効果の高い製造方法を提供する。さらに、個々のシステムインパッケージ構造およびＸ線センサはそれぞれ、Ｘ線センサをシステムインパッケージ構造上に配置する前に、適切な機能性について試験することができる、それぞれ単一の試験可能ユニットとして構成される。

【0038】

Ｘ線モジュールアセンブリのさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は単なる例示であり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要またはフレームワークを提供することが意図されることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0039】

添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。したがって、本開示は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解されるのであろう。

【図1】Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリの断面図を示す。

【図2A】パッケージ領域全体にわたって底面インターポーザの内部に一体化された加熱素子を有するモジュールアセンブリの実施形態を示す。

【図2B】パッケージ領域全体にわたって上面インターポーザ内に一体化された加熱素子を有するＸ線放射の検出のためのモジュールアセンブリの実施形態を示す。

【図3A】非シリコン領域上の底面インターポーザに一体化された加熱素子を有するＸ線放射の検出のためのモジュールアセンブリの実施形態を示す。

【図3B】非シリコン領域上の上面インターポーザ内に一体化された加熱素子を有するＸ線放射の検出のためのモジュールアセンブリの実施形態を示す。

【図4A】底面インターポーザに集積された集積回路制御加熱素子を有するＸ線放射の検出のためのモジュールアセンブリの実施形態を示す。

【図4B】上面インターポーザ内に集積された集積回路制御加熱素子を有するＸ線放射の検出のためのモジュールアセンブリの実施形態を示す。

【図5】集積回路からの熱を効率的にヒートシンクに通過させる方法で設計されたモジュールの実施形態を示す。

【図6】Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリのシールド概念を示す。

【図7】Ｘ線検出器を含む、医学的診断のための装置、コンピュータ断層撮影スキャナを示す。

【図8A】複数の集積回路を備えるシステムインパッケージ構造の分解図を示す。

【図8B】側面図におけるシステムインパッケージ構造の空間図を示す。

【図9】複数のシステムインパッケージ構造を製造するための製造プロセスにおいて使用されるパネルアセンブリを示す。

【発明を実施するための形態】

【0040】

Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリの一実施形態が図１の断面図に示されている。モジュールアセンブリ１０は、Ｘ線放射のフォトンを受け取るように構成されたＸ線センサ１００を備える。Ｘ線センサ１００は、受け取ったフォトンに応答して電気信号を提供する。Ｘ線センサ１００は、Ｘ線放射をそれぞれ受け取る複数のピクセル１１１を含むピクセル化された検出器領域１１０を含む。Ｘ線センサ１００は、ピクセル化された検出器領域１１０に衝突する各フォトンに対して電気信号を提供する。電気信号は、Ｘ線検出器１００の底面に位置する出力に提供されてもよい。

【0041】

Ｘ線センサ１００は、Ｘ線を電荷に間接的または直接的に変換するように構成されてもよい。フォトンカウンティングＣＴで使用されるような直接変換のために、図１に示されるＸ線センサ１００は、ＣＺＴまたはＣｄＴｅのような直接変換材料を含む。ＣＺＴの材料またはＣｄＴｅの材料は、システムインパッケージ構造２００の上部に直接取り付けられる。それは、Ｘ線フォトンを直接電気信号に変換する。

【0042】

間接変換のために、古典的ＣＴで使用されるように、Ｘ線センサ１００は、シンチレータおよびフォトダイオードアレイを備える。Ｘ線センサ１００は、シンチレータとフォトダイオードとの積層体として構成されている。フォトダイオードアレイは、システムインパッケージ構造２００の上部に直接取り付けられる。さらに、シンチレータ／結晶がフォトダイオードアレイの上部に接着される。シンチレータは、Ｘ線フォトンを可視光に変換する。可視光は、光を電気信号に変換するフォトダイオードアレイによって捕捉される。

【0043】

モジュールアセンブリ１０は、Ｘ線センサ１００によって提供される電気信号を処理するためのシステムインパッケージ構造２００をさらに備える。システムインパッケージ構造２００は、入力／出力端子２０１と、第１の／上面インターポーザ２１０と、第２／底面インターポーザ２２０と、集積回路／ＡＳＩＣ２３０とを含む。第１のインターポーザ２１０、第２のインターポーザ２２０、および集積回路２３０は、システムインパッケージ構造２００内に積層構成で配置される。

【0044】

集積回路２３０は、Ｘ線センサ１００から受信した電気信号を評価するように構成される。特に、集積回路は、Ｘ線センサ１００から提供されるアナログ電気信号を評価し、アナログ電気信号に応答してデジタル信号を出力するように構成され得る。

【0045】

第１のインターポーザ２１０は、Ｘ線センサ１００と集積回路２３０との間に電気的な接続を提供するように構成される。第２のインターポーザ２２０は、集積回路２３０と入力／出力端子２０１との間に電気的な接続を提供するように構成される。好ましい実施形態によれば、第１および第２のインターポーザは、同じ材料、例えば、特に低い熱膨張係数を有する多層ガラス繊維強化エポキシ積層体を有する。

【0046】

第１のインターポーザ２１０は、Ｘ線センサ１００への電気的接続を提供するための第１の／上面を有する。電気的接触２０２、例えば、導電性パッドが、第１のインターポーザ２１０の表面上に提供されて、システムインパッケージ構造２００への電気接続を提供し得る。可能な実施形態によれば、図１に示されるように、電気接続素子２９０、例えば、はんだボールまたは銅ボールが、Ｘ線センサ１００と第１のインターポーザ２１０との間の電気接続のために、第１のインターポーザ２１０とＸ線センサ１００との間に設けられる。電気接続素子２９０は、Ｘ線センサ１００の底面と電気的接触２０２との間に配置される。

【0047】

集積回路２３０は、第１のインターポーザ２１０の第２／底面側に配置される。集積回路２３０は、Ｘ線センサ１００から受信したアナログ電気信号をデジタル出力信号に変換する。接続を短く保つために、集積回路２３０は、第１のインターポーザ２１０上にフリップチップ実装され得る。

【0048】

第１のインターポーザ２１０は、第１のインターポーザ２１０の第１の／上面上の電気的接触２０２を集積回路２３０に電気的に結合するための複数の導電路２４１を含む。したがって、第１のインターポーザ２１０は、Ｘ線センサ１００のピクセル化された検出器領域１１０のピクセル１１１を、電気的接触２０２および導電路２１１を介して集積回路２３０に接続する。

【0049】

図１に示すように、集積回路２３０が第１のインターポーザ２１０の第２／底面側で占める面積は、第１のインターポーザ２１０の完全な第１の面を覆うＸ線センサ１００の面積よりもはるかに小さい。それにもかかわらず、第１のインターポーザ２１０内の導電路２４１の配置は、第１のインターポーザ２１０の第１の／上面上の電気的接触２０２の各々を集積回路２３０と電気的に接触させることを可能にする。結論として、集積回路２３０がＸ線センサ１００のわずかな部分のみを覆うので、第１のインターポーザ２１０を介したＸ線センサ１００への集積回路２３０の結合は、著しいコスト低減を可能にする。

【0050】

第２のインターポーザ２２０は、第１の／上面と、第１の面とは反対側の第２の／底面とを有する。入力／出力端子２０１は、第２のインターポーザ２２０の第２の面上に配置されている。端子２０１はまた、供給電圧を印加して集積回路２３０に電力を供給するための供給端子として構成され得る。

【0051】

第１および第２のインターポーザ２１０、２２０は、第２のインターポーザ２２０の第１の／上面が第１のインターポーザ２１０の第２の／底面に面するように積層される。第１のインターポーザ２１０および第２のインターポーザ２２０は、互いに離隔して配置される。

【0052】

システムインパッケージ構造２００は、第１のインターポーザ２１０の第２の／底面と第２のインターポーザ２２０の第１の／上面との間の電気的接続を提供するために、第１のインターポーザ２１０と第２のインターポーザ２２０との間に配置された（垂直）相互接続素子２４０（パッケージ貫通ビア；ＴＰＶ）を含む。相互接続素子２４０は、銅またははんだボールとして構成されてもよい。相互接続素子２４０は、スルーシリコンビアの費用対効果の高い代替物である。

【0053】

図１に示されるように、集積回路２３０によって生成された出力信号は導電路２４２を介して第１のインターポーザ２１０を通過し、相互接続素子２４０を介して第２のインターポーザ２２０に接続される。相互接続素子２４１は、第２のインターポーザ２２０の内部に配置された導電路２４３を介して入力／出力端子２０１と電気的に接触している。

【0054】

システムインパッケージ構造２００は、受動回路素子２６０、例えば、コンデンサ、サーミスタ、抵抗器などを含むことができる。システムインパッケージ構造２００は、Ｘ線検出器システムの動作に必要な受動回路素子２６０をパッケージの内部に直接集積することを可能にする。図１に示されるように、受動回路素子２６０は、第１のインターポーザ２１０の内部の導電路を介して集積回路２３０に電気的に接続され得る。受動回路素子２６０は、第１のインターポーザ２１０の第２の／底面側、または第２のインターポーザ２２０の第１の／上部側に配置することができる。

【0055】

システムインパッケージ構造２００は、システムインパッケージ構造２００の第１のインターポーザ２１０と第２のインターポーザ２２０との間の安定した凝集を提供するために、第１のインターポーザ２１０と第２のインターポーザ２２０との間に配置されたモールドコンパウンド２５０を備える。図１に示すように、相互接続素子２４１、例えば、はんだまたは銅ボール、および／または受動回路素子２６０は、モールドコンパウンド２５０に埋め込むことができる。

【0056】

図１に示されるように、第１および第２のインターポーザ２１０、２２０は、第１および第２のインターポーザの間に配置される、単一の相互接続素子２４０、例えば、はんだまたは銅ボールによって接合される。相互接続素子２４０は、第１および第２のインターポーザ２１０、２２０に同時にはんだ付けされ、モールドコンパウンド２５０に埋め込まれる。モールドコンパウンド２５０は、第１のインターポーザ２１０と第２のインターポーザ２２０との間の空間を完全に充填する。それは、第１のインターポーザ２１０はモールドコンパウンド２５０の上面に直接配置され、したがって、間隙を設けることなくモールドコンパウンド２５０と直接接触し、また、第２のインターポーザ２２０は、モールドコンパウンド２５０の底面に直接配置され、したがって、間隙を設けることなくモールドコンパウンド２５０と直接接触する、ことを意味する。これにより、第１のインターポーザ２１０、モールドコンパウンド２５０、および第２のインターポーザ２２０のシステムインパッケージ構造２００を単一の対称ユニットとして提供することが可能になる。提案されたシステムインパッケージ構造２００の配置は、モジュールアセンブリの機械的性能および熱的特性の点で利点を提供する。

【0057】

機械的管理に関して、モールドコンパウンドおよび／または相互接続素子２４０は反りなどの厳しい機械的要件を満たすために、システムインパッケージ構造２００に十分な安定性を提供することを可能にする。システムインパッケージ構造２００の単一ユニットおよび対称スタックアップは、Ｘ線センサ１００との接続に不可欠な、第１のインターポーザ２１０の上面上の平面、すなわち低い反りの表面を提供することを可能にする。インターポーザ２１０の上面における平坦性は、接続素子２９０、例えば小さいはんだボールが実際に、インターポーザ２１０の表面全体にわたってセンサ１００とパッケージ２００との間の信頼できる接続を形成することを確実にするために重要である。したがって、センサ１００との共平面性を達成するためにパッケージ２００の十分な平面性を提供し、それによってセンサ内の機械的応力を低減し、パッケージとセンサとの間の信頼できる接続を可能にすることが重要である。さらに、システムインパッケージ構造内のモールドコンパウンド２５０の上下に２つのインターポーザ２１０、２２０を対称的に配置することにより、システムインパッケージ構造２００の熱膨張係数を良好に制御し、Ｘ線センサ１００の熱膨張係数に適合させることができる。

【0058】

熱管理に関して、システムインパッケージ構造２００は、集積回路２３０から第２のインターポーザ２２０への効率的な熱伝達を可能にする。第２のインターポーザ２２０はその完了上面でモールドコンパウンド２５０に接触し、したがってモールドコンパウンド２５０に直接接触するので、その意図された動作中に集積回路２３０によって生成された熱は、モールドコンパウンド２５０および第２のインターポーザ２２０を介して確実に放散され得る。

【0059】

Ｘ線検出の意図された用途のために、モジュールアセンブリ、特にＸ線センサ１００のピクセル化された検出器領域１１０が、システムインパッケージにわたって均一に分布される一定の温度に保たれることが必要である。

【0060】

モジュールアセンブリ１０の全体の温度を一定かつ均一に保つために、システムインパッケージ構造２００は、温度調節のための加熱素子２７０を備える。加熱素子２７０は、第１のインターポーザ２１０の第１および第２の面のうちの少なくとも１つ、または第２のインターポーザ２２０の第１および第２の面のうちの１つの上に配置され得る。

【0061】

別の実施形態によれば、加熱素子２７０は、図２Ａ～図４Ｂに示されるように、第１のインターポーザ２１０の内部または第２のインターポーザ２２０の内部に配置されてもよい。加熱素子２７０は、第１および第２のインターポーザのうちの１つの中に、または第１および底部インターポーザ２１０および２２０のうちの１つの上面または底面／表面上に、すなわちパッケージの直接内部に一体化される銅蛇行部として構成されてもよい。

【0062】

第１または第２のインターポーザ２１０、２２０の内部の加熱素子の集積は、検出システムの温度を安定させる。加熱素子２７０は、パッケージ全体にわたって均一な温度分布を可能にする。特に、加熱素子２７０は、モジュールアセンブリ、特にピクセル化された検出器領域１１０を一定の絶対温度に保つことを可能にする。

【0063】

集積回路２３０のシリコン原料に一体化されたヒータと比較して、第１または第２のインターポーザ上の加熱素子２７０の配置、または第１または第２のインターポーザ２１０、２２０の原料内の加熱素子２７０の一体化は、柔軟な設計を可能にする。

【0064】

図２Ａはモジュールアセンブリ１０の実施形態を示し、加熱素子２７０は、第２のインターポーザ２２０の内側に配置され、システムインパッケージ構造２００の断面図において、第２のインターポーザ２２０の全領域にわたって延在する。加熱素子２７０は、第２のインターポーザ２２０内の外部制御ヒータとして構成されてもよい。

【0065】

図２Ｂに示されるモジュールアセンブリの実施形態によれば、加熱素子２７０は、第１のインターポーザ２１０の内側に配置され、システムインパッケージ構造２００の断面図において、第１のインターポーザ２１０の全領域にわたって延在する。加熱素子２７０は、外部制御ヒータとして構成されてもよい。

【0066】

図３Ａおよび図３Ｂはモジュールアセンブリ１０の実施形態を示し、加熱素子２７０は、第２のインターポーザ２２０（図３Ａ）の内側または第１のインターポーザ２１０（図３Ｂ）の内側に配置される。図３Ａおよび図３Ｂに示される実施形態に関して、加熱素子２７０は、システムインパッケージ構造２００の断面図において、モジュールアセンブリ１０の頂部から見て、集積回路２３０に対して横方向にオフセットして、垂直凸部に位置する第１または第２のインターポーザ２１０、２２０のそれぞれの領域にわたって延在するように配置される。それは、加熱素子２７０は、集積回路２３０の非シリコン領域上に配置される、ということを意味する。

【0067】

図３Ａおよび図３Ｂは、入力／出力端子２０１に印加される信号によって外部から制御されるように構成された加熱素子２７０を示す。図４Ａおよび図４Ｂはモジュールアセンブリ１０の実施形態を示し、加熱素子２７０は、図４Ａおよび図４Ｂに示されるのと同じ方法で、すなわち、集積回路２３０に対して横方向にオフセットされた垂直突出部に位置する第１または第２のインターポーザ２１０、２２０のそれぞれの領域の内側に配置される。図３Ａおよび図３Ｂに示される実施形態とは対照的に、図４Ａおよび図４Ｂに示される加熱素子２７０は、集積回路２３０によって内部制御されるように構成される。

【0068】

モジュールアセンブリ１０の温度を監視するために、図示されていない温度感知素子が、第２のインターポーザ２２０上に含まれてもよい。この別個の加熱素子の供給電圧は、ＣＭＯＳプロセスノードによって限定されず、簡単な方法で調整することができる。

【0069】

図５は、第２のインターポーザ２２０の構造が熱を効率的にヒートシンクに通すように設計されたモジュールアセンブリ１０の実施形態を示す。これは、第２のインターポーザ２２０の底面に熱パッド２２１を設けることによって達成することができる。大型熱パッド２２１は、ヒートシンクを用いて、システムインパッケージ構造２００をキャリア、例えばプリント回路基板にはんだ付けするように構成される。さらに、サーマルビア２２２は、集積回路２３０から熱パッド２２１への熱伝達を可能にするために、第２のインターポーザ２２０に埋め込むことができる。サーマルビア２２２は、積み重ねられた、または互い違いに配置された設計で提供され得る。可能な実施形態によれば、サーマルビア２２２は、銅充填ビアとして構成することができる。図５に示される放熱設計は、他の図に示される実施形態のいずれにおいても使用され得ることに留意されたい。

【0070】

図６はシステムインパッケージ構造２００の断面図を示し、システムインパッケージ構造２００は、第１の導電路２４１を第２の導電路２４２から遮蔽するための少なくとも１つの遮蔽層２８０を備える。遮蔽層２８０は、第１インターポーザ２１０の内部に配置されてもよいし、集積回路２３０の表面に配置されてもよい。遮蔽層２８０は、導電路２１１および２１２上の低レベルの信号伝送が妨害されないように、第１および第２の導電路２４１、２４２を互いに遮蔽するために使用される。

【0071】

図７は、医療診断装置１の一実施形態を示す。装置１は、コンピュータ断層撮影スキャナ用のＸ線装置として構成される。装置１は、Ｘ線放射を検出するための複数のモジュールアセンブリ１０を備えるＸ線検出器２０を備える。

【0072】

図７に示されるように、モジュールアセンブリ１０の構成は４面突き合わせ可能テーブルであり、検出器の撮像領域を全方向に延ばすために、様々なモジュールアセンブリ１０を並べて配置することを可能にする。隣接するモジュールは、ピクセル間に隙間なく、４つの側面すべてに取り付けることができる。

【0073】

図８Ａは、第１のインターポーザ２１０と、複数の集積回路２３０と、受動回路素子２６０と、モールドコンパウンド２５０と、相互接続素子２４０と、第２のインターポーザ２２０とを備えるシステムインパッケージ構造２００の分解図を示す。図８Ｂは、側面図におけるシステムインパッケージ構造２００の空間図を示す。図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、複数の集積回路２３０が、システムインパッケージ構造２００内に集積／埋め込まれ得る。複数の集積回路／ＡＳＩＣは、集積回路／ＡＳＩＣに対するＸ線センサピクセル間の接続線／導電路の長さが等しいように配置することができる。

【0074】

図９は、複数のシステムインパッケージ構造２００を製造するための製造プロセスにおいて使用されるパネルアセンブリ２を示す。システムインパッケージ構造２００を製造するために、パネルアセンブリ２は、パネルレベル処理を使用して構築される。パネルアセンブリ２は、第１の／上面インターポーザ２１０を形成するための第１の／上面パネルＰ１と、第２の／底部インターポーザ２２０を形成するための第２の／底部パネルＰ２と、第１のパネルＰ１の底面に取り付けられた複数の集積回路／ＡＳＩＣ２３０とを含む。図９は、パネルアセンブリ２を通る上面図を示す。第１の／上面パネルＰ１および第２の／底面パネルＰ２は、図９の簡略化された表現で透明に示されている。

【0075】

図９に示されるパネルアセンブリ２は、システムインパッケージ構造２００の個々のものを提供するために、単一化される。図９は、システムインパッケージ構造がパネルアセンブリ２全体から切り出されるソーイングストリートを破線で示す。パネルアセンブリ２の図示の例は、４×３＝１２のシステムインパッケージ構造２００を示す。各システムインパッケージ構造２００は、６つの集積回路／ＡＳＩＣ２３０を備える。Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリ１０を製造するために、それぞれのＸ線センサ１００が、システムインパッケージ構造２００の個々のものそれぞれの上に配置される。

【0076】

個々のシステムインパッケージ構造２００は、それぞれのＸ線センサ１００が単一化構造２００のそれぞれの上に配置される前に、適切な機能性について試験することができる単一の試験可能ユニットをそれぞれ形成する。これは、費用効果の高い製造方法を提供する。

【0077】

本明細書に開示されているシステムインパッケージ構造２００、Ｘ線放射の検出のためのモジュールアセンブリ１０、Ｘ線検出器２０、および医療診断のための装置１の実施形態は、提案されている設計の新規な態様を読み手に周知させる目的で説明されている。好ましい実施形態が示され、説明されてきたが、開示された概念の多くの変更、修正、等価物、および置換が、特許請求の範囲から不必要に逸脱することなく、当業者によって行われ得る。

【0078】

特に、システムインパッケージ構造１００、モジュールアセンブリ１０、Ｘ線検出器２０、および医療診断のための装置１の設計は、開示された実施形態に限定されず、論じられる実施形態に含まれる特徴について可能な限り多くの代替の例を与える。しかしながら、開示された概念の任意の修正、等価物、および置換は、本明細書に添付される特許請求の範囲内に含まれることが意図される。

【0079】

別々の従属請求項に記載された特徴は、有利に組み合わせることができる。さらに、特許請求の範囲で使用される参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【0080】

さらに、本明細書で使用するとき、用語「含む（comprising）」は、他の素子を除外しない。加えて、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、１つまたは２つ以上の構成素子または素子を含むことが意図され、１つのみを意味すると解釈されることに限定されない。

【0081】

本特許出願は、その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、出願番号１０２０２０１３０００２．６を有するドイツ特許出願の優先権を主張する。

【符号の説明】

【0082】

１ 医療診断装置
１０ Ｘ線放射を検出するためのモジュールアセンブリ
２０ Ｘ線検出器
３０ Ｘ線源
１００ Ｘ線センサ
１１０ ピクセル化された検出器領域
１１１ ピクセル
２００ システムインパッケージ構造
２０１ 入力／出力端子
２１０ 第１のインターポーザ
２２０ 第２のインターポーザ
２３０ 集積回路
２４０ 相互接続素子
２５０ モールドコンパウンド
２６０ 受動回路素子
２７０ 加熱素子
２８０ 遮蔽層
２９０ 接続素子

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】