JP2012118060A - タイリング可能なセンサアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】大面積センサアレイを集積回路に接続しセンサ積層体を形成する方法を提供する。
【解決手段】第１の面１６と第２の面１８とを有しセンサアレイ１４の第２の面上に配置された第１の複数の接触パッド２０を含むセンサアレイを設け、第１の面と第２の面とを有し再配線層２４の第１の面上に配置された第２の複数の接触パッド３２を含む再配線層２４と集積回路２６の第１の面が再配線層の第２の面に作用的に結合されていて複数の貫通ビア３０が貫設されている集積回路２６とを含む相互接続層上にセンサアレイ１４を配置し、センサアレイ１４の第２の面上の第１の複数の接触パッドが再配線層の第１の面上の第２の複数の接触パッドと位置合わせされるようにセンサアレイ１４を相互接続層上に配置し、センサアレイ１４の第２の面上の第１の複数の接触パッドを再配線層２４の第１の面上の第２の複数の接触パッドに作用的に結合してセンサ積層体を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサアレイに関し、特にモジュラーセンサアレイに関する。

センサ又はトランスデューサは、１つの形態の入力信号を別の形態の出力信号に変換する装置である。一般に使用されているトランスデューサには、光センサ、熱センサ、及び音響センサなどがある。音響センサの例には、超音波トランスデューサがある。超音波装置では、トランスデューサは電気エネルギ信号を音響エネルギに変換し、又は吸収された音波から電気信号を生成する。

生物医学の非侵襲的診断及び材料の非破壊検査（ＮＤＴ）などの様々な用途にはセンサアレイを使用する必要があり、センサは二次元（すなわちＸ−Ｙ面）で構成されることが多い。例えば、医用画像、非破壊評価（ＮＤＥ）及びその他の用途に超音波トランスデューサアレイが使用される。

医用撮像及び産業用撮像、非破壊検査（ＮＤＴ）、セキュリティ、手荷物検査、天体物理学、及び医学などの用途には、広い面積を網羅するセンサを必要とすることがある。Ｘ線スキャナ及び単一光子放射断層撮像（ＳＰＥＣＴ）システムにおいて、大面積センサには心撮像用に面積が約２０ｃｍｘ２０ｃｍのセンサ、及び胸部Ｘ線撮像用に面積が約４２ｃｍｘ４２ｃｍのセンサが含まれ得ることに留意されたい。更に、コンピュータ断層（ＣＴ）撮像システムでは、大面積センサには面積が約１６ｃｍｘ９０ｃｍのセンサが含まれる。それらに限定されないが、Ｘ線、ＣＴ、超音波及びマンモグラフィーなどの医療診断の分野では、広い面積を網羅するセンサを使用することが望ましい。例えば、Ｘ線撮像システムでは、Ｘ線検出器の面積を網羅するために、大面積トランスデューサが必要になる。更に、内出血や腫瘍の監査には、典型的には３００ｃｍ²程度のより大型のセンサアレイを使用する必要がある。更に、非医療用の用途では、更に大型のアレイが必要になることがある。

現在利用できる技術は典型的に、インターポーザなどの接続手段の片側に多数のトランスデューサモジュールを行と列で配置し、対応する数の接続手段の別の側に集積回路を配置することによって、このような大型のアレイを形成する。そのためには残念なことに、特にセンサと集積回路の両方のピッチが狭まるほど、回路の負荷に対処するためインターポーザの配線密度を高める必要がある。モジュール間の間隔に大幅な変動があると、このような大面積トランスデューサの性能は著しく低下する。

その上、様々な大面積の用途には、サイズと形状が異なる大面積センサを使用する必要がある。大面積を網羅する単一のトランスデューサの構成に伴う複雑さとコストは、極めて膨大になる可能性がある。更に、採算が採れるように、製造可能な大面積センサの最大サイズに関しては、製造技術上の制約がある。また、大面積センサの修理中にかかる費用は相当なものになることがある。

米国特許第７４２３３３５Ｂ２号

従って、単一の大面積センサの製造と修理に関連する複雑さやコストなどに関連する問題点を回避するために大面積センサのアレイの組立てを可能にするセンサモジュールの設計を開発することが望まれよう。更に、システムのサイズ、複雑さ、相互接続の長さを最小限にし、センサアレイの性能を高めるために、センサモジュールを効率的にタイリングして高密度の大面積センサアレイを形成することが望まれよう。

本発明の態様によれば、タイリング可能な検出器アレイを形成する方法が提供される。この方法は、検出器モジュールを形成するステップであって、第１の面と第２の面とを有し、センサアレイの第２の面上に配置された第１の複数の接触パッドを含むセンサアレイを設けるステップと、第１の面と第２の面とを有し、再配線層の第１の面上に配置された第２の複数の接触パッドを含む再配線層と、集積回路の第１の面が再配線層の第２の面に作用的に結合されていて、複数の貫通ビアが貫設されている集積回路とを含む相互接続層上にセンサアレイを配置するステップであって、センサアレイの第２の面上の第１の複数の接触パッドが、再配線層の第１の面上の第２の複数の接触パッドと位置合わせされるように、センサアレイを相互接続層上に配置するステップと、センサアレイの第２の面上の第１の複数の接触パッドを、再配線層の第１の面上の第２の複数の接触パッドに作用的に結合して、センサ積層体を形成するステップと、センサ積層体を第１の基板に結合して検出器モジュールを形成するステップと、第２の基板上に複数の検出器モジュールをタイリングして、タイリング可能な検出器アレイを形成するステップとを含む。

本発明の別の態様によれば、タイリング可能な検出器アレイが提供される。タイリング可能な検出器アレイは、第１の面と第２の面とを有する第１の基板と、第１の基板の第１の面上に配置された複数の検出器モジュールであって、複数の検出器モジュールの各々が、第１の面と第２の面とを有していて、第１の複数の接触パッドがセンサアレイの第２の面上に配置されているセンサアレイと、相互接続層であって、第１の面と第２の面とを有し、再配線層の第１の面上に配置された第２の複数の接触パッドを備える再配線層と、集積回路の第１の面が再配線層の第２の面に作用的に結合され、複数の貫通ビアが貫設されている集積回路と、を含み、センサアレイの第２の面上の第１の複数の接触パッドが、再配線層の第１の面上の第２の複数の接触パッドと位置合わせされるようにセンサアレイが相互接続層上に配置され、センサアレイの第２の面上の第１の複数の接触パッドが、再配線層の第２の複数の接触パッドに作用的に結合され、且つ、集積回路の第２の面上に配置された結合手段を備える相互接続層と、を含む検出器モジュールとを含み、複数の検出器モジュールが、集積回路の第２の面上に配置された結合手段を介して第１の基板の第１の面に結合される。

本発明の更に別の態様によれば、検出器モジュールを形成する方法が提供される。この方法は、第１の面と第２の面とを有し、センサアレイの第２の面上に配置された第１の複数の接触パッドを備えるセンサアレイを設けるステップと、第１の面と第２の面とを有し、インターポーザの第１の面上に配置された第１組の接触パッドと、インターポーザの第２の面上に配置された第２組の接触パッドとを備えるインターポーザを設けるステップと、第１の支持構造をインターポーザの第２の面に固定するステップと、センサアレイの第２の面上に配置された第１の複数の接触パッドをインターポーザの第１の面上に配置された第１組の接触パッドに固定することによって、センサアレイをインターポーザの第１の面に結合してセンサアレイとインターポーザとの積層体を形成するステップと、第２の支持構造をインターポーザの第１の面に固定するステップと、第１の支持構造を切断するステップと、センサアレイとインターポーザとの積層体を相互接続層に固定してセンサ積層体を形成するステップと、センサ積層体を基板に結合して検出器モジュールを形成するステップと、を含む。

本発明の上記及びその他の特徴、態様並びに利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読めばより良く理解されるようになるであろう。全ての図面を通して同様の符号が同様の部分を表す。

本発明の態様による、センサモジュールを形成する方法の概略図である。 本発明の態様による、センサモジュールの別の実施形態の概略図である。 貫設された貫通シリコンビアを有し、図１及び図２のセンサモジュールに使用されるように構成された集積回路の異なる実施形態の概略図である。 貫設された貫通シリコンビアを有し、図１及び図２のセンサモジュールに使用されるように構成された集積回路の異なる実施形態の概略図である。 貫設された貫通シリコンビアを有し、図１及び図２のセンサモジュールに使用されるように構成された集積回路の異なる実施形態の概略図である。 貫設された貫通シリコンビアを有し、図１及び図２のセンサモジュールに使用されるように構成された集積回路の異なる実施形態の概略図である。 本発明の態様による、図１又は図２の１つ又は複数のセンサモジュールを含む、プラグ接続可能な検出器モジュールの一実施形態の概略図である。 本発明の態様による、図１又は図２の１つ又は複数のセンサモジュールを含む、はんだ付け可能な検出器モジュールの別の実施形態の概略図である。 本発明の態様による、図７又は図８の１つ又は複数のプラグ接続可能な検出器モジュールを含む、現場交換可能なユニットの一実施形態の概略図である。 本発明の態様による、図７又は図８の１つ又は複数のプラグ接続可能な検出器モジュールに結合される処理回路を含む、現場交換可能なユニットの一実施形態の概略図である。 本発明の態様による、信号接続の能動アレイを示す図１０の断面の概略平面図である。 本発明の態様による、センサモジュールの更に別の実施形態の概略図である。 本発明の態様による、図１２の１つ又は複数のプラグ接続可能な検出器モジュールに結合された処理回路を含む、現場交換可能なユニットの一実施形態の概略図である。 本発明の態様による、図２のセンサモジュールの形成方法の概略図である。 本発明の態様による、図１４の方法を用いて形成されたセンサモジュールの一実施形態の概略図である。 本発明の態様による、図１４の方法を用いて形成されたセンサモジュールの別の実施形態の概略図である。 図１〜図１６の例示的な検出器モジュールを使用するように構成された超音波撮像システムの形態の例示的な撮像システムの概略図である。

以下に詳細に記載するように、検出器モジュールの形成方法、及び検出器モジュールの様々な実施形態が提供される。以下に記載の検出器モジュールの形成方法、及び検出器モジュールを使用することによって、二次元（２Ｄ）の高密度タイリング可能な大面積検出器アレイを形成し得る。

以下に示す例示的実施形態は、超音波撮像システムなどの医用撮像システムについて記載するが、それらに限定されないが、Ｘ線撮像システム、コンピュータ断層（ＣＴ）撮像システム、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システム、ポジトロン断層（ＰＥＴ）撮像システム、ＳＰＥＣＴ撮像システム、光音響トモグラフィ撮像システムなどの別の撮像システムも本発明に関連して考えられることを理解されたい。更に、装置の診断や検査、手荷物検査、セキュリティの用途などの別の用途に検出器モジュールを使用することも考えられる。

次に図面の図１を参照すると、それらに限定されないが、超音波スキャナ、Ｘ線検出器、又はＣＴ撮像システムなどのシステムで使用されるセンサモジュールの形成方法を図示した例１０が示されている。このように形成されたセンサモジュールは複数の入力信号を検出するために利用し得る。本明細書で用いる「センサモジュール」という用語は、相互接続層に結合されるセンサアレイの積層体を意味する。更に、本明細書で用いる「センサアレイ」という用語は、１つ又は複数のセンサ又はセンサ素子の配列を意味する。

図１に示すように、方法は、図１（ａ）に示すようにセンサアレイ１４を設けるステップを含む。このセンサアレイ１４は、複数のセンサ（図示せず）を含み得る。センサは、音響、温度、圧力、光、又はその他の信号を電子信号に変換し、又はこれらを電子信号から変換するために一般に使用されるデバイスである。図１に示す例示的実施形態では、センサアレイ１４は、複数の入力信号を検出するように構成された複数の個々のセンサ（図示せず）を含む。例えば、センサアレイ１４を構成するセンサには、それらに限定されないが、フォトダイオード、背面照射型フォトダイオード、音響センサ、温度センサ、又は電磁放射センサなどの複数のセンサデバイスが含まれる。また、センサには、限定されないが静電容量型微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）などの微小電気機械システム（ＭＥＭ）が含まれても良い。

更に、センサアレイ１４は、第１の面１６と第２の面１８とを有する。一実施形態では、センサアレイ１４の第１の面１６は、入力信号を受信するように構成される。一例として、超音波撮像システムでは、センサアレイ１４の第１の面１６は入力音響信号を受信するように構成される。また、第１の複数の接触パッド２０が、センサアレイ１４の第２の面１８上に配置される。これらの接触パッド２０は、センサアレイ１４を他の電子素子に結合し易くするように構成される。センサアレイ１４の長さは、約３ｍｍ〜約１２ｃｍの範囲にあることにも留意されたい。また、センサアレイ１４の厚さは、約５０μｍ〜約１ｍｍである。

更に、ステップ１２で、センサアレイ１４が相互接続層２２に隣接して配置される。本発明の態様によれば、相互接続層２２は互いに作用的に結合された再配線層２４と集積回路２６とを含む。再配線層２４は、センサアレイ１４のインターフェースを集積回路２６のインターフェースと適合させるように構成される。特に、再配線層２４は、集積回路２６のセルアレイをセンサアレイ１４のセンサ配列に接続する外部接続端子（ファンアウト）を設ける。

更に、再配線層２４は、第１の面と第２の面とを有する。また、再配線層２４は、再配線層２４の第１の面上に配置された第２の複数の接触パッド２８を含む。具体的には、第２の複数の接触パッド２８は、第２の複数の接触パッド２８の配置がセンサアレイ１４の第２の面上に配置された第１の複数の接触パッド２０の配置と適合するように、再配線層２４の第１の面上に配置される。これらの接触パッド２８は、集積回路２６に入力を提供するように構成される。一例として、第２の複数の接触パッド２８は、センサアレイ１４の出力を処理するために、集積回路２６への入力として通信し易くするように構成される。薄膜技術、又は厚膜技術を用いて再配線層２４を形成しても良いことに留意されたい。薄膜技術を用いて製造された再配線層２４の厚さは、約０．１μｍ〜約２．０μｍの範囲である。あるいは、厚膜技術を用いて製造された再配線層２４の厚さは、約２．０μｍ〜約２５μｍである。また、再配線層２４の長さは、センサ及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）コンポーネントの幅に適合するように、約１０ｍｍ〜約５０ｍｍである。

ある実施形態では、集積回路２６には特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が含まれる。ＡＳＩＣ２６は、ＡＳＩＣの機能性を促進する処理回路（図示せず）を含んでも良い。また、本発明の態様によれば、集積回路２６は貫設された１つ又は複数の貫通ビア３０を含む。更に、一実施形態では、貫通ビア３０には貫通シリコンビア（ＴＳＶ）が含まれる。理解されるように、貫通シリコンビアは、シリコンウェーハ又はダイを完全に貫通し、パッケージの底面積を縮減しつつパッケージ内のデバイス間の結合を補助するように構成された垂直の接続部である。本実施形態では、集積回路２６内のＴＳＶ３０によって、電力信号、接地信号、アナログ信号、及び／又はデジタル信号を、センサアレイ１４からＴＳＶ３０を経てダイの真下まで直接送ることが可能になる。ある実施形態では更に、集積回路２６内のＴＳＶ３０の数は３２〜５１２の範囲である。更に、第３の複数の接触パッド３２が、集積回路２６の第１の面上に配置される。これらの接触パッド３２は集積回路２６への入力である。ある実施形態では、接触パッド３２には金属パッドが含まれる。

前述のように、第２の複数の接触パッド２８は、第１の複数の接触パッド２０と第３の複数の接触パッド３２との間の接続の配線をし易くする。一例として、第１の複数の接触パッド２０は、ピッチが約０．１５０ｍｍの（３２ｘ３２）の電極アレイで配置される。同様に、第３の複数の接触パッド３２は、例えばピッチが約０．１２５ｍｍの（３２ｘ３２）のＡＳＩＣセルアレイなどの定められたパターンで配置されても良い。従って、第２の複数の接触パッド２８は、第１の複数の接触パッド２０のパターンを第３の複数の接触パッド３２のパターンに適合させるインターフェースを設けるように構成される。また、金属線３４が、第２の複数の接触パッド２８を第３の複数の接触パッド３２に作用的に結合する。具体的には、これらの金属線３４は、センサアレイ１４と集積回路２６内の処理回路との間で、電圧及び／又は電流を伝送するように構成される。

ステップ１２を引き続き参照すると、センサアレイ１４は、センサアレイ１４の第２の面１８上の第１の複数の接触パッド２０が再配線層２４の第１の面上の第２の複数の接触パッド２８と位置合わせされるように相互接続層２２に隣接して配置される。その後、センサアレイ１４が相互接続層２２に作用的に結合され、センサ積層体４０が形成される。本発明の態様によれば、センサアレイ１４は、高温接着工程を用いて相互接続層２２に作用的に結合される。本明細書で用いる「高温接着工程」という用語は、約１６０℃〜約２３０℃の温度範囲で動作中に、センサアレイ１４と相互接続層２２とを接合する接合工程を意味する。従って、高融点のはんだ合金が使用される。このはんだ合金を使用することで、後のはんだ組み立て工程中に、センサアレイのこのような相互接続のリフローが確実になくなる。一例として、この結合には約２１７℃で融解する従来のＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（３０５ＳＡＣ）合金が使用される。あるいは、エポキシなどの高温接着材中に分散された導電性粒子として配合された異方性の導電性接着材の使用を高温接着工程に組み込んでも良く、この場合、導通は一方向のみで達成される。

更に、一実施形態では、センサアレイ１４を相互接続層２２に作用的に結合するために、高温はんだフリップチップ接合工程が用いられる。理解されるように、フリップチップ工程は、チップ接合パッド上の導電性バンプによって基板、回路板又はその他の担体へのフェースダウン型電子部品を電気的に直接接続し易くなる。そのため、センサアレイ１４を相互接続層２２に作用的に結合し易くするように構成された接着手段３６が、第１の複数の接触パッド２０の各々の上に、且つ／又は第２の複数の接触パッド２８の各々の上に配置される。一実施形態では、接着手段３６には導電性バンプが含まれ、この導電性バンプには、融点が比較的高い金属合金を用いて形成されたはんだバンプが含まれる。例えば、はんだバンプは、融点が約２５０℃〜３２０℃の範囲にある高融点の鉛（Ｐｂ）含有率が高いはんだ合金を用いて形成される。別のある実施形態では、約３２０℃で融解する組成がＰｂ９７％−Ｓｎ３％であるＰｂ含有率が高いはんだバンプを使用する。そのため、例えば第２の複数の接触パッド２８上に合金を堆積し、次いでリフローしてＰｂ含有率が高いバンプ構成を生成する、標準的なめっき工程が用いられる。そして、Ｐｂ含有率が高いバンプ付き相互接続層２２がセンサアレイ１４上の接触パッド２０と接触して配置され、リフローされる。あるいは、ＳｎＡｇＣｕ又はＡｇ−Ｓｎ合金などの鉛を含まないバンプを使用しても良い。また、別のある実施形態では、蒸着、ステンシル印刷、射出成形、電気めっき、スクリーン印刷、はんだペースト、又はニードル堆積法を用いて、導電性バンプ３６を接触パッド２０又は接触パッド２８上に堆積する。

一例として、一実施形態では、はんだバンプ３６を接触パッド２８上に堆積して、バンプ付き相互接続層を形成する。その後、はんだバンプ３６を用いて接触パッド２０を接触パッド２８に接着し、アセンブリを加熱してはんだ接続によって接合することによって、バンプ付き相互接続層がセンサ層１４に作用的に結合される。このアセンブリは、センサ積層体４０と呼ばれる。

更に、用途に応じて、接着手段３６には、めっきバンプ又は接着バンプも含まれる。更に、別のある実施形態では、接着手段３６には銅ピラーが含まれる。更に別の実施形態では、液相拡散接合（ＴＬＰ）法による接合工程を用いて、センサアレイ１４を相互接続層２２に作用的に結合する。

センサ積層体４０が形成されると、本発明の態様によれば、センサ積層体４０は基板４２に作用的に結合され、図１（ｂ）に示すようにセンサモジュールが形成される。基板４２は、セラミックなどの剛性の安定材料、又はテフロン（商標）（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））などの有機材料を用いて形成される。一実施形態では、基板４２は、両側にロジャース２８００テフロン（商標）がビルドアップ積層された、銅・インバー・銅メタルコアを有するニューヨーク州エンディコットのエンディコットインターコネクト株式会社製の低い熱膨張率（ＣＴＥ）で処理されたインターポーザを含む。定格ＣＴＥが１１ｐｐｍ／℃の１１層基板が作製され、これが標準のＦＲ４基板に組み立てられると極めて信頼性の高いフリップチップとＢＧＡはんだとの相互接続がなされることが実証されている。この基板には、エンディコットインターコネクト社によりＨｙｐｅｒＢＧＡの商標が付されている。センサ積層体４０を基板４２に結合するため、１つ又は複数の金属パッド４４が相互接続層２２の第２の面上に堆積される。次いで、はんだバンプ４６又はその他の接着手段が１つ又は複数の金属パッド４４の各々の上に堆積される。更に、１組の金属パッド４８が基板４２上に堆積される。はんだバンプ４８は、センサ積層体４０を基板４２に結合することを補助する。具体的には、これらの金属パッド４８は、金属パッド４８のパターンが相互接続層２２上の金属パッド４４のパターンに適合するように基板４２上に配置される。はんだバンプ４８が形成されると、本発明の態様によれば、低温接着工程を用いてセンサ積層体４０が基板４２に結合され、図１（ｃ）に示すようなセンサモジュール５２が形成される。一実施形態では、約１３０℃〜約２００℃の範囲の温度で動作中に、センサ積層体４０を基板４２上に接着するためにフリップチップはんだ工程を用いる。具体的には、センサ積層体４０を基板４２に結合するために、融点温度がセンサアレイ１４を相互接続層２２に結合するために用いられる合金の融点温度よりも低いＰｂ合金が用いられる。一例として、相互接続層２２上のはんだバンプ４６を基板４２上に結合するために、約１３８℃で融解する低融点の共晶Ｓｎ−Ｂｉ合金が用いられる。

また、高温接着工程を用いて、センサ積層体４０を基板４２に結合するために使用される接着手段４６の融点よりも融点が高い接着手段３６を使用して、センサアレイ１４を相互接続層２２に結合することで、センサ積層体４０が基板４２に接着される際の二次リフローが有利に避けられる。

図１に示すセンサモジュール５２の実施形態では、センサアレイ１４は相互接続層２２に直接接着される。本発明の更に別の態様によれば、代わりにセンサアレイ１４を相互接続層２２に間接的に接着する。そのため、間接的な結合をし易くするためインターポーザを使用しても良い。次に図２を参照すると、センサモジュールの別の実施形態６０が示されている。図２に示す実施形態では、センサアレイ６２はインターポーザ６４に作用的に結合される。理解されるように、インターポーザは一方の接続と他方の接続との間をルーティングする電気的インターフェースである。具体的には、インターポーザの目的は、接続を別の異なるピッチに広げ、又は接続を別の接続へとリルートすることである。ある実施形態では、インターポーザ６４は剛性インターポーザを含み、一方、ある別の実施形態では、インターポーザ６４は可撓性インターポーザを含むことに留意されたい。一例として、剛性インターポーザにはＦＲ４材料が含まれ、一方、可撓性インターポーザにはポリイミドが含まれる。また、インターポーザ６４には、セラミック材料又は有機材料が含まれる。

現在考えられている構成では、センサアレイ６２の第２の面はインターポーザ６４の第１の面に結合され、センサアレイとインターポーザとの積層体６３を形成する。また、第１の複数の接触パッド６６がインターポーザ６４の第２の面上に配置され、接触パッド６６は、センサアレイとインターポーザとの積層体６３を他の電子素子に結合し易くするように構成される。例えば、センサアレイとインターポーザとの積層体６３は、相互接続層６８に結合される。本発明の態様によれば、相互接続層６８は互いに作用的に結合された再配線層７０と集積回路７２とを含む。図２の実施形態では、再配線層７０は、センサアレイとインターポーザとの積層体６３のインターフェースを集積回路７２のインターフェースに適合させるように構成される。具体的には、再配線層７０は、再配線層７０の第１の面上に配置された第２の複数の接触パッド７４を含む。第２の複数の接触パッド７４は、第２の複数の接触パッド７４の配置がインターポーザ６４の第２の面上に配置された第１の複数の接触パッド６６の配置と適合するように、再配線層７０の第１の面上に配置される。

集積回路７２は、貫設された１つ又は複数の貫通ビア７６を含む。電力信号、接地信号、アナログ信号、及び／又はデジタル信号がセンサアレイ６２からＴＳＶ７６を経てダイの真下まで直接送られる。更に、第３の複数の接触パッド７８が集積回路７２の第１の面上に配置される。また、金属線８０が第２の複数の接触パッド７４を第３の複数の接触パッド７８に作用的に結合し、この金属線はセンサアレイ６２と集積回路７２の処理回路との間で電圧及び／又は電流を伝送する。

更に、センサアレイとインターポーザとの積層体６３は相互接続層６８に作用的に結合され、センサ積層体８１を形成する。具体的には、センサアレイとインターポーザとの積層体６３は高温接着工程を用いて相互接続層６８に作用的に結合され、センサ積層体８１を形成する。一実施形態では、センサアレイとインターポーザとの積層体６３を相互接続層６８に作用的に結合するため、高温はんだフリップチップ接着工程が用いられる。そのため、センサアレイとインターポーザとの積層体６３を相互接続層６８に作用的に結合し易くするように構成された接着手段８２が、第１の複数の接触パッド６６の各々の上に、且つ／又は第２の複数の接触パッド７４の各々の上に配置される。前述の通り、接着手段８２は、はんだ球、銅ピラー、又は液相拡散接合（ＴＬＰ）材料を含んでも良い。

その後、センサ積層体８１が基板８４に作用的に結合され、センサモジュール６０を形成する。この結合を達成するため、１つ又は複数の金属パッド８６が相互接続層７２の第２の面上に配置される。その後、はんだバンプ８８が１つ又は複数の金属パッド８６上に配置される。更に、基板８４を相互接続層６８の第２の面に結合し易くするために１組の金属パッド９０が基板８４上に配置される。具体的には、本発明の態様によれば、基板８４は、低温接着工程を用いて相互接続層６８の第２の面に結合され、センサモジュール６０を形成する。

図３〜６は、図１の集積回路２６などの集積回路の様々な実施形態を示す。具体的には、図３に示す第１の実施形態１００では、貫設された２面ＴＳＶ１０４を有する集積回路１０２が示されている。図１の貫通シリコンビア（ＴＳＶ）３０などの複数の貫通ビア１０４が、集積回路１０２の第１の面と第２の面の上に配置される。ある実施形態では、集積回路１０２の第１の面上のＴＳＶの配置は、集積回路１０２の第２の面上のＴＳＶの配置とは異なることに留意されたい。しかし、ある別の実施形態では、集積回路１０２の第１の側面と第２の側面の両方へのＴＳＶの配置は概ね同じで良い。次に図４を参照すると、集積回路１１２上に部分アレイで配置された複数のＴＳＶ１１４を有する集積回路１１２の実施形態１１０が示されている。図５に示す実施形態１２０も、集積回路１２２の周囲に沿って配置されたＴＳＶ１２４の配置を示す。本明細書で用いる「部分アレイ」とは、ダイの全領域にＴＳＶの二次元（２Ｄ）アレイをタイリングしないＴＳＶのアレイを意味する。また、集積回路１３２上にフルアレイで配置された複数のＴＳＶ１３４を有する集積回路１３２の実施形態１３０が、図６に示されている。本明細書で用いる「フルアレイ」とは、ダイの全領域にＴＳＶの２ＤアレイをタイリングするＴＳＶのアレイを意味する。

前述の通り、従来のパッケージ技術を用いて大型のセンサアレイを作製することは困難である。従って、大面積の検出器モジュールを構築することができるセンサ積層体の設計を開発することが望まれる。タイリングは、大面積センサモジュールの構築に関連する問題に対する魅力的な解決策をもたらすアプローチである。本発明によれば、センサ積層体４０（図１を参照）などの個々のセンサモジュールをタイリングして、大面積の（Ｘ、Ｙ）検出器モジュールを形成することによって例示的な検出器モジュールを構築しても良い。

本発明の一実施形態によれば、複数のセンサ積層体４０が製造される。一例として、複数のセンサ積層体４０を有するウェーハを製造しても良い。次いで、ウェーハはダイシングされ、個々のセンサ積層体が形成される。そして、個々のセンサ積層体が検査され、大面積の検出器モジュールを構築するために有利に使用される、良好であると判明したセンサ積層体が特定される。

次に図７を参照すると、例示的な検出器モジュールの一実施形態１５０が示されている。複数のセンサ積層体４０（図１を参照）が基板１５２の第１の面上に定められたパターンで配置され、検出器モジュールを形成する。典型的に、基板１５２はシリコンなどの半導体材料、又はポリイミドなどの可撓性材料を含み得るが、同様の特性を有する別の種類の材料を用いても良い。基板１５２は更に、それに限定されないが個別電子部品などの別のコンポーネントを含んでも良い。

本発明の態様によれば、フリップチップはんだ接着工程を用いて高密度のタイリング可能な検出器積層体４０を作製するために、複数のセンサ積層体４０が基板１５２に接着される。より具体的には、フリップチップはんだ接着工程を用いることで、基板１５２上にセンサ積層体４０を正確に配置し、極めて密なチップ間の間隔で極めて高密度の検出器モジュール１５０を形成することが可能になる。具体的には、本発明の態様により、センサ積層体４０間の間隙が大幅に小さくなるように複数のセンサ積層体４０を配置し得る。一例として、隣接して配置されたセンサ積層体４０間の間隙は、約５μｍ〜約５２００μｍの範囲である。ある実施形態では、隣接して配置されたセンサ積層体４０間の間隙は、約５μｍ〜約５０μｍの範囲である。

更に、プラグ接続可能な検出器モジュールを形成するため、基板１５２は検出器モジュール１５０の第２の面上に配置されたピンを有する。従って、結合手段１５４が基板１５２の第２の面上に配置され、この結合手段１５４は検出器モジュール１５０を別の電子素子に結合し易くする。そのため、複数の金属パッド１５６が、基板１５２の第２の面上に配置される。結合手段１５４は、金属パッド１５６の上に配置される。現在考えられている構成では、結合手段１５４は１つ又は複数の銅ピラーを含む。従って、銅ピラー１５４は各々の金属パッド１５６の上に配置される。複数のセンサ積層体４０と、基板１５２の第２の面上に配置された結合手段１５４を有する基板１５２との組み合わせが、プラグ接続可能な検出器モジュール１５０を形成する。

図８は、例示的な大面積の検出器モジュールの別の実施形態１６０を示す。図７を参照して前述した通り、複数のセンサ積層体４０が定められたパターンで基板１６２の第１の面上に配置され、大面積の検出器モジュールを形成する。より具体的には、複数のセンサ積層体４０は、基板１６２に接着されて極めて密なチップ間の間隔を有する極めて高密度の検出器モジュール１６０を形成するフリップチップはんだである。この場合も、結合手段１６４は基板１６２の第２の面上に配置され、結合手段１６４は検出器モジュール１６０を別の電子素子に結合し易くする。具体的には、複数の金属パッド１６６が基板１６２の第２の面上に配置される。結合手段１６４は金属パッド１６６上に配置される。また、図８の構成では、結合手段１６４はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を含む。一実施形態では、ボールグリッドアレイ１６４は、検出器モジュール１６０を次のレベルのパッケージにはんだ付けし易くする複数のはんだボールを含む。具体的には、ボールグリッドアレイ内のはんだボールを各々の金属パッド１６６上に配置して、パッケージ内の別の電子素子にはんだ付け可能な検出器モジュール１６０を形成しても良い。

本発明の更に別の態様によれば、図７のプラグ接続可能な個々の検出器モジュール１５０をタイリングして、より大型のタイリング可能な検出器アレイを形成する。次に図９を参照すると、このような大面積検出器アレイの実施形態１７０が示されている。現在考えられている構成では、プラグ接続可能な複数の検出器モジュール１５０が定められたパターンで配置され、より大型の検出器アレイを形成する。具体的には、プラグ接続可能な個々の検出器モジュール１５０をマザーボード１７２にプラグ接続して、図９に示すような大型の（ＭｘＮ）タイリング可能なアレイを作製しても良い。理解されるように、マザーボード１７２は、それらに限定されないが、高電圧のフィールドプログラマブルグリッドアレイ（ＦＰＧＡ）、電力調整回路、調整器、直流（ＤＣ）電源などの別のコンポーネントを含んでも良い。参照番号１７４は全体として、プラグ接続可能な検出器モジュール１５０をマザーボード１７２に結合し易くする、マザーボード１７２上に配置されたソケットを表している。また、図８の検出器モジュール１６０を用いて大型（ＭｘＮ）のタイリング可能なアレイが形成される場合は、個々の検出器モジュール１６０はソケット１７４を介してマザーボード１７２にはんだ付けされることに留意されたい。大面積検出器アレイ１７０の設計によって各々の検出器モジュールが交換可能になり、それによって、不良の検出器モジュールを容易に取り外して交換できる現場交換可能ユニット（ＦＲＵ）が作製される。

また、本発明の更に別の態様によれば、デジタル及びアナログ信号がローカル処理されるタイリングされた大面積アレイを実現し得る。図１０は、タイリングされた大面積検出器アレイの断面図１８０を示す。具体的には、図１０に示す実施形態では、検出器モジュール１６０（図８を参照）などの複数のタイリング可能な検出器モジュールが定められたパターンで並置され、大面積検出器アレイを形成する。具体的には、複数の検出器モジュール１６０が第２の基板１８２上に配置され、図１０に示すような大型（ＭｘＮ）のタイリング可能なアレイが作製される。第２の基板１８２は、一般に共通システム基板と呼ばれる。

図８を参照して前述したように、各々のタイリング可能な検出器モジュール１６０は、第１の基板１６２（図８を参照）上に配置された一連のタイリングされたセンサ積層体４０から構成される。本発明の態様によれば、検出器モジュール１６０は付加的に、基板１６２の第２の面上に配置された処理回路を含む。処理回路は、制御電子素子１８４及び／又はその他のフロントエンド電子素子１８８を含む。制御電子素子１８４は、ある実施形態では、はんだバンプ１８６を使用することにより第１の基板１６２の第２の面に作用的に結合される。同様に、フロントエンド電子素子１８８も、はんだバンプ１９０を使用することにより、第１の基板１６２の第２の面に作用的に結合される。

制御電子素子１８４及び／又はフロントエンド電子素子１８８を含む処理回路は、信号のローカル処理及び制御機能を実行するために使用される。ある実施形態では、信号のローカル処理及び制御機能には、それらに限定されないがそれぞれのセンサ積層体の構成データの記憶、それぞれのセンサ積層体内のＡＳＩＣのプログラミング及び動作のタイミング及び制御、センサ積層体から受信した信号を処理するための振幅、可変利得制御、及びアナログ‐デジタル変換器、電圧調整器、電源デカップリング、並びに受信したデータを更なる処理のためにシステムバスにバッファするために、適宜の信号調整及び送信／受信手段が含まれる。送信／受信手段の性質は、電子素子（例えば低電圧差分信号処理（ＬＶＤＳ）、光通信、又は無線周波数（ＲＦ）である。

更に、第２の基板１８２は標準的なプリント基板材料（例えばＦＲ４）、シリコン基板、セラミック基板、剛性の支持基板を有する可撓性回路（例えばカプトン）、ガラス、又はその他の材料を含む。第２の基板１８２は平坦でも良く、又は別の形状のものでも良い。一例として、第２の基板１８２は湾曲していることで、腹部撮像用に使用する湾曲したアレイの形成を補助する。また、第２の基板１８２は、電力及び接地を提供するための、且つタイリング可能な個々のモジュール１６０に、又は個々のモジュール１６０から信号送信するための適宜の信号ルーティングを含む。更に、第２の基板１８２は、タイリング可能なモジュール１６０の物理的な支持体としての役割を果たし、タイリング可能なモジュール１６０間の相互接続は、コネクタを介して各々のタイリング可能なモジュール１６０に取り付けられる可撓性回路などの補助手段で達成されても良い。更に、はんだボール、スタッドバンプ、又はポストを用いて、タイリング可能なモジュール１６０を第２の基板１８２に接着しても良い。

更に、タイリング可能な検出器アレイの平面図２００が図１１に示されている。具体的には、図１１に示すように、タイリング可能な検出器モジュール１６０（図８を参照）などの複数のタイリング可能な検出器モジュールを、相互間の空隙を最小限にして（２ｘＮ）の構成でタイリングする。参照番号２０１及び２０２は、第１のタイリング可能な検出器モジュールと第２のタイリング可能な検出器モジュールとをそれぞれ表している。図１１の実施形態では、図示のようにアレイ２０３の能動領域の上下でタイリング可能なモジュール２０１と２０２との間の信号接続を達成する。参照番号２０４は全体として信号接続を表している。また、フルにタイリングされた２Ｄアレイでは、図１０の断面図に示すように信号接続の経路をアレイの真後ろにルーティングしても良い。

図１２は、センサモジュールの別の実施形態２０６の概略図である。図１２に示す実施形態では、センサアレイ２０７はインターポーザ２０８を介して間接的に集積回路２１４に結合される。従って、センサアレイ２０７はインターポーザ２０８に作用的に結合される。前述のように、インターポーザ２０８は、１つの接続から別の接続へとルーティングする電気インターフェースである。ある実施形態では、インターポーザ２０８は剛性インターポーザを含み、一方、別のある実施形態では、インターポーザ２０８は可撓性インターポーザを含む。一例として、剛性インターポーザにはＦＲ４材料が含まれ、一方、可撓性インターポーザにはポリイミドが含まれる。また、インターポーザ２０８には、セラミック材料又は有機材料が含まれていても良い。

現在考えられている構成では、センサアレイ２０７の第２の面はインターポーザ２０８の第１の面に結合され、センサアレイとインターポーザとの積層体を形成する。この結合を行い易くするため、第１の複数の接触パッド２０９がセンサアレイ２０７の第２の面上に配置され、この接触パッド２０９は、センサアレイ２０７をインターポーザ２０８に結合し易くするように構成される。また、第２の複数の接触パッド２１１がインターポーザ２０８の第１の面上に配置され、一方、第３の複数の接触パッド２１２がインターポーザ２０８の第２の面上に配置される。第２の複数の接触パッド２１１は、センサアレイ２０７のインターポーザ２０８への結合を補助する。具体的には、インターポーザ２０８の第１の面上に配置された第２の複数の接触パッド２１１は、一実施形態では、第２の複数の接触パッド２１１の配置がセンサアレイ２０７の第２の面上に配置された第１の複数の接触パッド２０９の配置と適合するようにインターポーザ２０８の第１の面上に配置される。また、金属線２１３は、第２の複数の接触パッド２１１を第３の複数の接触パッド２１２に作用的に結合し、この金属線は、電圧及び／又は電流をセンサアレイ２０７と集積回路２１４内の処理回路との間で伝送するように構成される。

更に、本発明の態様によれば、センサアレイ２０７は高温接着工程を用いてインターポーザ２０８に作用的に結合される。一実施形態では、センサアレイ２０７をインターポーザ２０８に作用的に結合するために、高温はんだフリップチップ接着工程が用いられる。そのため、センサアレイ２０７をインターポーザ２０８に作用的に結合し易くするように構成された接着手段２１０は、各々の第１の複数の接触パッド２０９、又は各々の第２の複数の接触パッド２１１上に配置される。前述の通り、接着手段２１０には、はんだボール、銅ピラー、又は液相拡散接合（ＴＬＰ）材料が含まれていても良い。

本発明の更に別の態様によれば、集積回路２１４はインターポーザ２０８の第２の面に作用的に結合される。この結合を達成するため、１つ又は複数の接触パッド２１５が集積回路２１４の第１の面上に配置される。具体的には、一実施形態では、集積回路２１４の第１の面上に配置される１つ又は複数の接触パッド２１５は、１つ又は複数の接触パッド２１５の配置がインターポーザ２０８の第２の面上に配置された第３の複数の接触パッド２１２の配置と適合するように集積回路２１４の第１の面上に配置される。また、結合手段２１６が、インターポーザ２０８の第２の面上の第３の複数の接触パッド２１２上に、又は集積回路２１４の第１の面上の１つ又は複数の接触パッド２１５上に配置される。結合手段２１６は、集積回路２１４をインターポーザ２０８に作用的に結合することを補助するように構成される。この場合も、接着手段２１６には、はんだボール、銅ピラー、又は液相拡散接合（ＴＬＰ）材料が含まれる。更に、高温接着工程を用いて集積回路２１４をインターポーザ２０８に結合しても良い。

更に、１組の金属パッド２１７がインターポーザ２０８の第２の面上に配置される。これらの金属パッド２１７は、センサアレイ２０７、インターポーザ２０８、及び集積回路２１４を含む積層体を基板２２０に結合することを補助する。具体的には、基板２２０はインターポーザ２０８の第２の面上に配置される。また、金属パッド２１９が基板２２０の第１の面上に配置される。結合手段２１８は、金属パッド２１７又は金属パッド２１９上に配置される。結合手段２１８は、基板２２０をインターポーザ２０８の第２の面に結合することを補助する。具体的には、本発明の態様によれば、基板２２０は、低温接着工程を用いてインターポーザ２０８の第２の面上に結合され、センサモジュール２０６を形成する。

次に図１３を参照すると、タイリングされた大面積検出器アレイの断面図２２２が示されている。具体的には、図１３に示す実施形態では、タイリング可能な複数の検出器モジュール２２３が定められたパターンで配置され、大面積検出器アレイが形成される。具体的には、図１３に示すように、複数の検出器モジュール２２３が第２の基板２２６上に配置され、大型の（ＭｘＮ）タイリング可能なアレイが作製される。第２の基板２２６は、一般に共通システム基板と呼ばれる。

各々のタイリング可能な検出器モジュール２２３は、第１の基板２２０上に配置された一連のタイリングされたセンサ積層体２０６から構成される（図１２を参照）。本発明の態様によれば、検出器モジュール２２３は、付加的に基板２２０の第２の面上に配置された処理回路を含んでも良い。処理回路は、制御電子素子２２７及び／又はその他のフロントエンド電子素子２２９を含む。制御電子素子２２７は、ある実施形態では、はんだバンプ２２８を使用することにより、第１の基板２２０の第２の面に作用的に結合される。同様に、フロントエンド電子素子２２９も、はんだバンプ２３１を使用することにより、第１の基板２２０の第２の面に作用的に結合される。

前述のように、制御電子素子２２７及び／又はフロントエンド電子素子２２９を含む処理回路は、信号のローカル処理及び制御機能を実行するために使用される。また、第２の基板２２６は、標準的なプリント基板材料（例えばＦＲ４）、シリコン基板、セラミック基板、剛性の支持基板を有する可撓性回路（例えばカプトン）、ガラス、又はその他の材料を含む。第２の基板２２６は平坦でも良く、又は別の形状のものでも良い。更に、結合手段２２５を用いて、タイリング可能な検出器モジュール２２３を第２の基板２２６上に接着する。結合手段２２５には、はんだボール、スタッドバンプ、又はポストが含まれる。参照番号２２４は全体として、基板２２０の第２の面上に配置される金属パッドを表している。タイリング可能な複数の検出器モジュール２２３を第２の基板２２６に結合することを補助するため、結合手段２２５をこれらの金属パッド２２４上に配置しても良い。本発明の態様によれば、タイリング可能な複数の検出器モジュール２２３は、低温接着工程を用いて第２の基板２２６に結合される。

更に、図２に示すように、インターポーザを使用してセンサアレイを間接的に相互接続相に結合しても良い。図１４は、図２のセンサモジュール６０を形成する方法の概略図２３０を示している。図１４（ａ）に示すように、この方法には、図２のインターポーザ６４のようなインターポーザ２３２を設けるステップが含まれる。インターポーザ２３２は、第１の面２３４と第２の面２３６とを有する。現在考えられている構成では、インターポーザ２３２は有機インターポーザが含まれる。同様の特性を有する別の材料を用いてインターポーザを形成しても良いことに留意されたい。更に、本発明の態様によれば、インターポーザ２３２は１つ又は複数の貫通ビア２３８を含み、１つ又は複数の貫通ビア２３８にはセンサアレイの性能を最適化するように構成されたエポキシが充填される。また、第１組の接触パッド２４０がインターポーザ２３２の第１の面２３４に沿って貫通ビア２３８上に配置され、一方、第２組の接触パッド２４２はインターポーザ２３２の第２の面２３６に沿って貫通ビア２３８上に配置される。第１組の接触パッド２４０は、センサアレイをインターポーザ２３２の第１の面２３４に結合するために役立ち、一方、第２組の接触パッド２４２は、インターポーザ２３２、又はＡＳＩＣなどの別の電子素子の第２の面に結合するために役立つ。

また、第１の補強材２４４がインターポーザ２３２の第２の面２３６上に配置される。また、一実施形態では、第１の補強材をインターポーザ２３２の第２の面２３６の一部に接着する。一例として、一実施形態では、第１の補強材２４４をインターポーザ２３２の第２の面２３６の周囲に沿って取り付ける。第１の補強材２４４は、インターポーザ２３２の剛性と平坦さを保つために、インターポーザ２３２を支持するように構成される。ステンレス鋼又はセラミック部材を用いて第１の補強材２４４を形成しても良い。ステンレス鋼のＣＴＥ値は１１ｐｐｍ／℃であり、これは基板のＣＴＥ値と概ね一致するので、第１の補強材２４４を形成するためにステンレス鋼が使用されることに留意されたい。更に、第１の補強材２４４は、リング形、ボックス形、円形、方形などの形状のもので良い。

その後、図１４（ｂ）に示すように、センサ層２４６が設けられる。具体的には、センサ層２４６はインターポーザ２３２の第１の面２３４上に配置され、センサアレイとインターポーザとの積層体２５６を形成する。このセンサ層２４６は、センサアレイと支持層２５０とを含む。また、センサアレイ２４８の厚さは、約５０μｍ〜約３０００μｍの範囲である。ある実施形態では、支持層２５０はセンサアレイ２４８を支持するように構成される。更に、センサアレイ２４８が超音波トランスデューサアレイを含む場合は、超音波反射板として機能するように支持層２５０を構成しても良い。一例として、超音波プローブのように、支持層２５０は炭化タングステン（ＷＣ）によって形成され、超音波エネルギを外向き方向に推進する役割を果たす。

更に、図１４（ｂ）に示されるように、センサアレイ２４８をダイシングして、センサアレイとインターポーザとの積層体２５６を別の電子素子に取り付ける前に、複数のセンサ素子２５２を形成しても良い。参照番号２５４は、全体として切り口を表している。センサアレイとインターポーザとの積層体２５６を形成した後であるが、センサアレイとインターポーザとの積層体２５６を別の電子素子に結合する前に、センサアレイ２４８をダイシングしてセンサ素子２５２を形成することで、ＡＳＩＣなどの敏感な電子素子が激しい振動に晒され、ダイシング工程中に粉塵が発生することが回避される。また、インターポーザ２３２を使用することで、センサアレイ形成工程がセンサアレイとインターポーザとの積層体２５６を、ＡＳＩＣに取り付けるために用いられるより清浄なマイクロエレクトロニクス取り付け工程と分離することが可能になる。

センサアレイ２４８が超音波トランスデューサを含む場合、一実施形態では、超音波トランスデューサアレイ２４８はｃＭＵＴを含んでも良いことに留意されたい。このような場合、複数のセンサ素子を形成するための図１４（ｂ）のダイシングステップを省いても良い。

更に、図１４（ｃ）に示すように、第２の補強材２５８がインターポーザ２３２の第１の面２３４上に配置される。第２の補強材２５８は、ステンレス鋼又はセラミック材料を用いて形成される。具体的には、第２の補強材２５８は高弾性率の材料を用いて形成される。更に、第２の補強材２５８は、典型的には弾性率が比較的低い材料を用いて形成されるインターポーザ２３２を支持するように構成される。また、第２の補強材２５８は、第１の面２３４上のインターポーザ２３２の構造的に強固な支持体を提供することによって、スクリーン印刷やその他の工程を可能にする平坦な遮られない表面を備えるように構成される。一実施形態では、第２の補強材２５８をインターポーザ２３２の第１の面２３４に取り付けるために、低温工程が用いられる。また、図１４（ｄ）に示すように、第１の補強材２４４は切断され、その結果、接点２４２への微細ピッチの低温エポキシ堆積層をステンシル印刷することを可能にするセンサ積層体の構成が得られる。この場合、センサ層２４６の製造中に構造を支えるために第１の補強材２４４が用いられる。しかし、接触パッド２４２上で別の動作を実行できるようにするため、第１の補強材２４４は次いで除去される。更に、図１４（ｅ）に示すように、センサ積層体２６０が形成される。このセンサ積層体２６０は、１つ又は複数のＡＳＩＣを含み得る相互接続層の第１の面に取り付けられる。

図１５は、図２のセンサモジュール６０などのセンサモジュールの一実施形態２７０を示す。図１５では、センサ積層体（図１４を参照）は相互接続層２７２に作用的に結合される。前述のように、相互接続層２７２は、再配線層２７４と、ＡＳＩＣなどの集積回路２７６を含む。具体的には、センサ積層体２４６を相互接続層２７２に結合するため、一実施形態では、複数のスタッドバンプ２７８を第２組の金属パッド２４２（図１４を参照）上に配置する。ある実施形態では、スタッドバンプ２７８には金（Ａｕ）のスタッドバンプが含まれる。金のスタッドバンプを第２組の金属パッド２４２に取り付けるために、エポキシ塗布工程が用いられる。この金のスタッドバンプ２７８は、センサ積層体２４６と相互接続層２７２との間の均一の高さを保つことを補助する。低温工程を用いてセンサ積層体２７２を相互接続層２７２に取り付けて、センサモジュール２７０を形成しても良い。

第２の補強材２５８をインターポーザ２３２の第１の面２３４に取り付ける工程と、センサアレイとインターポーザとの積層体２５６を相互接続層２３２に取り付ける工程の両方の工程とも比較的低温（例えば１００℃未満）で実行されるため、センサモジュール２７０は損傷を受けない。例えば、超音波トランスデューサ材料を低温で処理することは、材料の圧電特性を確保するために材料をリポールする必要がないことを意味する。また、放射線検出器の場合、材料は高い抵抗性と良好な電荷収集効率を保つ。更に、ある種のセンサモジュールは温度に敏感である。具体的には、一般に使用されているチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）は、温度が特性温度Ｔｃ、すなわちキュリー温度に近付くとその圧電特性を失う。１つの共通式ＰＺＴ−５Ｈの場合、キュリー温度は１９０℃である。Ｔ≪Ｔｃで相互接続層を処理できることは、材料の圧電作用を再生するために必要とされる追加の処理ステップが回避されるので有利である。理解されるように、この工程はリポールである。

本発明の態様によれば、図１５の金のスタッドバンプ２７８の代わりに、又はこれと組み合わせて、銅ピラーを用いてセンサ積層体２４６を相互接続層２７２に作用的に結合しても良い。図１６は、図２のセンサモジュール６０などのセンサモジュールの別の実施形態２８０を示している。具体的には、図１６では、センサモジュール（図１５を参照）は銅ピラー２８２を使用して相互接続層２７２（図１５を参照）などの相互接続層に作用的に結合される。従って、センサ積層体２４６を相互接続層２７２に結合することを補助するため、銅ピラー２８２が第２組の金属パッド２４２上に配置される。

本発明の態様によれば、上述の検出器モジュールの様々な実施形態を超音波撮像システムなどの医用撮像システムに使用できる。図１７は、超音波撮像システム２９０の実施形態のブロック図である。更に、超音波撮像システム２９０は収集サブシステム２９２と処理サブシステム２９４とを含むものとして図示されている。収集サブシステム２９２は、トランスデューサアセンブリ３０６を含んでも良い。また、収集サブシステム２９２は、送信／受信（Ｔ／Ｒ）切り換え回路３０８、送信機３１０、受信機３１２、及びビームフォーマ３１４を含む。

一実施形態では、トランスデューサアセンブリ３０６を超音波プローブなどの画像収集装置内に配置する。また、ある実施形態では、トランスデューサアセンブリ３０６は典型的に、例えば一次元又は二次元トランスデューサアレイなどのトランスデューサアレイを形成するために間隔を隔てて配置される複数のトランスデューサ素子（図示せず）を含む。現在考えられている構成では、検出器モジュール１５０、１６０、１７０、及び１８０をトランスデューサアセンブリ３０６内で使用しても良い。また、トランスデューサアセンブリ３０６は、トランスデューサアレイを、それに限定されないがケーブルアセンブリ又は関連する電子素子などの外部装置（図示せず）に作用的に結合し易くするように構成された相互接続構造（図示せず）を含む。相互接続構造は、トランスデューサアレイをＴ／Ｒ切り換え回路３０８に結合するように構成される。

処理サブシステム２９４は、制御プロセッサ３１６、復調器３１８、撮像モードプロセッサ３２０、スキャンコンバータ３２２、及びディスプレープロセッサ３２４を含む。ディスプレープロセッサ３２４は更に、画像を表示するためにディスプレーモニタ３００に結合される。ユーザーインターフェース３０２は、制御プロセッサ３１６及びディスプレー３００と相互作用する。制御プロセッサ３１６を、ウェブサーバ３２８及びリモート接続インターフェース３３０を含むリモート接続サブシステム３２６に結合しても良い。処理サブシステム２９４を更に、超音波画像データを受けるように構成されたデータリポジトリ２９８に結合しても良い。データリポジトリ２９８は、画像ワークステーション３３４と相互作用する。

前述のコンポーネントは、デジタル信号プロセッサを有する回路板などの専用ハードウェア素子でも良く、又は商用オフザシェルフパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの汎用コンピュータ又はプロセッサで実行されるソフトウェアであっても良い。本発明の様々な実施形態に応じて、様々なコンポーネントを組み合わせたり分離したりしても良い。従って、超音波撮像システムは例示的に提示されたものであり、本発明は特定のシステム構成に決して限定されないことが当業者には理解されよう。

収集サブシステム２９２で、トランスデューサアセンブリ３０６は患者３３２と接触する。トランスデューサアセンブリ３０６は、送信／受信（Ｔ／Ｒ）切り換え回路３０８に結合される。また、Ｔ／Ｒ切り換え回路３０８は、送信機３１０の出力及び受信機３１２の入力と作用に関連する。受信機３１２の出力は、ビームフォーマ３１４の入力である。また、ビームフォーマ３１４は更に、送信機３１０の入力、及び復調器３１８の入力に結合される。ビームフォーマ３１４はまた、図１７に示すように制御プロセッサ３１６に作用的に結合される。

処理サブシステム２９４で、復調器３１８の出力は撮像モードプロセッサ３２０の入力と作用的に関連する。また、制御プロセッサ３１６は撮像モードプロセッサ３２０、スキャンコンバータ３２２、及びディスプレープロセッサ３２４と相互作用する。撮像モードプロセッサ３２０の出力は、スキャンコンバータ３２２の入力に結合される。また、スキャンコンバータ３２２の出力は、ディスプレープロセッサ３２４の入力に作用的に結合される。ディスプレープロセッサ３２４の出力は、ディスプレー３００に結合される。

超音波システム２９０は、超音波エネルギを患者３３２に伝送し、患者３３２からの後方散乱超音波信号を受信し、且つ処理して画像を生成し、表示する。超音波エネルギの透過ビームを生成するため、制御プロセッサ３１６はコマンドデータをビームフォーマ３１４に送り、送信パラメータを作成して、所望の操舵角でトランスデューサアセンブリ３０６の表面のあるポイントから発する所望の形状のビームを生成する。送信パラメータは、ビームフォーマ３１４から送信機３１０に送られる。送信機３１０は、送信パラメータを利用して、Ｔ／Ｒ切り換え回路３０８を経てトランスデューサアセンブリ３０６に送られる予定の送信信号を適切にエンコードする。送信信号は、相互にあるレベル及び位相に設定され、トランスデューサアセンブリ３０６の個々のトランスデューサ素子に提供される。送信信号はトランスデューサ素子を励起して、同じ位相及びレベル関係で超音波を投射させる。その結果、トランスデューサアセンブリ３０６が、例えば超音波ゲルを用いて患者３３２に音響結合されると、走査線に沿って超音波エネルギの透過ビームが患者３３２の体内に形成される。この工程は電子スキャンとして知られている。

一実施形態では、トランスデューサアセンブリ３０６は２方向トランスデューサである。超音波が患者３３２の体内に透過されると、超音波は患者３３２の組織及び血液サンプルから後方散乱する。トランスデューサアセンブリ３０６は、後方散乱波がそこから戻るまでの距離、及びトランスデューサアセンブリ３０６の表面に対する角度に応じて異なるタイミングで後方散乱波を受信する。トランスデューサ素子は、後方散乱波からの超音波エネルギを電気信号に変換する。

次いで、電気信号は、Ｔ／Ｒ切り換え回路３０８を経て受信機３１２に送られる。受信機３１２は、受信した信号を増幅し、且つデジタル化し、利得補償などの別の機能を提供する。異なるタイミングで各々のトランスデューサ素子によって受信された後方散乱波に対応するデジタル化された受信信号は、組織を通る音響経路の長さによって左右される。また、デジタル化された受信信号は後方散乱波の振幅及び位相の情報を保存する。

デジタル化された信号はビームフォーマ３１４に送られる。制御プロセッサ３１６は、コマンドデータをビームフォーマ３１４に送る。ビームフォーマ３１４はコマンドデータを利用して、典型的には走査線に沿って透過された以前の超音波ビームのポイントと操舵角とに対応する操舵角でトランスデューサアセンブリ３０６の表面上のポイントから発された受信ビームを形成する。ビームフォーマ３１４は、制御プロセッサ３１６からのコマンドデータの命令に従って時間遅延及び集束を行うことによって、適宜の受信信号で動作して、患者３２２の体内の走査線に沿ったサンプル値に対応する受信ビーム信号を生成する。受信ビーム信号を生成するため、様々なトランスデューサ素子から受信した信号の位相、振幅、及びタイミング情報が利用される。

受信ビーム信号は処理サブシステム２９４に送られる。復調器３１８は受信ビーム信号を復調して、走査線に沿ったサンプル値に対応する一対のＩ及びＱ復調データ値を生成する。復調は、受信ビーム信号の位相及び振幅を基準周波数と比較することによって達成される。Ｉ及びＱ復調データ値は、受信信号の位相及び振幅情報を保存する。

復調データは撮像モードプロセッサ３２０に伝送される。撮像モードプロセッサ３２０はパラメータ評価技術を用いて、復調データから走査シーケンスフォーマットで撮像パラメータ値を生成する。撮像パラメータには、例えばＢモード、カラー音速モード、スペクトルドップラーモード、及び組織速度撮像モードなどの可能な様々な撮像モードに対応するパラメータが含まれていても良い。撮像パラメータ値はスキャンコンバータ３２２に送られる。スキャンコンバータ３２２は、走査シーケンスフォーマットからディスプレーフォーマットへの変換を行うことによって、パラメータデータを処理する。変換には、パラメータデータに補間動作を行ってディスプレーフォーマットでディスプレー・ピクセルデータを生成することも含まれる。

走査変換ピクセルデータはディスプレープロセッサ３２４に送られ、これは走査変換ピクセルデータにいずれかの最終的又は暫定的なフィルタリングを行って、走査変換ピクセルデータにグレースケール又はカラーを指定し、且つディスプレー３００に表示するためにデジタルピクセルデータをアナログデータに変換する。ディスプレー３００に表示されたデータに基づいて、ユーザーが超音波撮像システム２９０とインターフェース連絡できるように、ユーザーインターフェース３０２が制御プロセッサ３１６に結合される。

更に、撮像システム２９０、収集サブシステム２９２、及び／又は処理サブシステム２９４によって実行し得るような前述の実施例、説明内容及び工程ステップを、汎用又は専用コンピュータなどのプロセッサベースシステムで適宜のコードにより実施しても良い。更に、本発明の異なる実装形態が、本明細書に記載のステップの一部又は全部を異なる順序で、又は概ね同時に、すなわち並行して実行しても良いことにも留意されたい。更に、諸機能は、それらに限定されないがＣ＋＋又はＪａｖａ（商標）を含む多様なプログラミング言語で実装される。このようなコードは、プロセッサベースのシステムによりアクセスして保存されたコードを実行し得る、データレジストリチップ、ローカル又はリモートハードディスク、光ディスク（すなわちＣＤ又はＤＶＤ）、メモリ、又はその他の媒体などの１つ又は複数の有形の機械読取り可能媒体に保存され、又は格納されるように構成される。有形媒体は命令がプリントされた紙、又はその他の適宜の媒体であっても良いことに留意されたい。例えば、命令を紙又はその他の媒体の光学走査により電子的に取り込み、次いでコンパイル、解読、又は必要ならば適宜の方法で処理し、その後データレジストリ２９８又はメモリに保存する。

上述の検出器モジュール形成方法、及び検出器モジュールの様々な実施形態は、二次元高密度のタイリング可能なセンサアレイを形成する能力を劇的に高める。具体的には、ＡＳＩＣ内に貫通シリコンビア（ＴＳＶ）を使用することで、電力信号、接地信号、アナログ信号、及び／又はデジタル信号をダイの真下にルーティングすることが可能になる。また、上述の方法によって、高温接着工程を用いてＡＳＩＣの上部にセンサアレイを接着し、センサ積層体を形成することが可能になる。また、貫設されたＴＳＶを有するＡＳＩＣの上部にセンサを直接積層することで、フリップチップダイと同様に取り扱い可能なタイリング可能な素子を形成することが可能になる。

更に、複数のセンサ積層体は、基板に接着してチップ間の間隔が極めて密な超高密度検出器モジュールを製造するためのフリップチップはんだであっても良い。また、これらの検出器モジュールをプラグ接続可能な検出器モジュールとして形成することができる。そしてこれらのプラグ接続可能な検出器モジュールを、より大型のタイリング可能なアレイを作製するために使用できる。このパッケージ概念により、積層体全体が取り付けられる場合に相互接続がリフローしないように高密度検出器アレイを作製可能になる。また、検出器モジュールを基板にプラグ接続するか、又ははんだ付けすることによって、ＦＲＵ検出器モジュールを形成可能である。また、この方法はセンサ積層体をインターポーザ上に作製し、この積層体をＡＳＩＣ上に結合するのに役立つ。更に、携帯システムで使用する輪郭が極めて小さい小型パッケージを作製するためにこのパッケージ概念を利用できる。

本明細書では、本発明のある特定の特徴を図示し、記載したが、当業者には多くの修正や変更が考えられよう。従って、このような修正や変更は、本発明の真の趣旨に含まれることを意図するものである。

１０ センサモジュールの形成方法のフローチャート
１２ センサアレイを配置するステップ
１６ センサアレイの第１の面
１８ センサアレイの第２の面
２０ 接触パッド
２２ 相互接続層
２４ 再配線層
２６ 集積回路
２８ 接触パッド
３０ 貫通ビア
３２ 接触パッド
３４ 金属線
３６ 接着手段
３８ センサ積層体を形成するステップ
４０ センサ積層体
４２ 基板
４４ 金属パッド
４６ はんだバンプ
４８ 金属パッド
５０ 形成されたセンサモジュールを示すステップ
５２ センサモジュール
６０ センサモジュール
６２ センサアレイ
６３ センサアレイとインターポーザとの積層体
６４ インターポーザ
６６ 接触パッド
６８ 相互接続層
７０ 再配線層
７２ 集積回路
７４ 接触パッド
７６ 貫通ビア
７８ 接触パッド
８０ 金属線
８１ センサ積層体
８２ 接着手段
８４ 基板
８６ 金属パッド
８８ はんだバンプ
９０ 金属パッド
１００ 貫通シリコンビア（ＴＳＶ）を有する集積回路
１０２ 集積回路
１０４ ＴＳＶ
１１０ 貫通シリコンビア（ＴＳＶ）を有する集積回路
１１２ 集積回路
１１４ ＴＳＶ
１２０ 貫通シリコンビア（ＴＳＶ）を有する集積回路
１２２ 集積回路
１２４ ＴＳＶ
１３０ 貫通シリコンビア（ＴＳＶ）を有する集積回路
１３２ 集積回路
１３４ ＴＳＶ
１５０ 検出器モジュール
１５２ 基板
１５４ 結合手段
１５６ 金属パッド
１６０ 検出器モジュール
１６２ 基板
１６４ 結合手段
１６６ 金属パッド
１７０ 大面積検出器アレイ
１７２ マザーボード
１７４ ソケット
１８０ 大面積検出器アレイ
１８２ 共通システム基板
１８４ 制御電子素子
１８６ はんだバンプ
１８８ フロントエンド電子素子
１９０ はんだバンプ
２００ 大面積検出器アレイの平面図
２０１ 第１のタイリング可能な検出器モジュール
２０２ 第２のタイリング可能な検出器モジュール
２０３ 能動アレイ
２０４ 信号接続
２０６ センサ積層体
２０７ センサアレイ
２０８ インターポーザ
２０９ 接触パッド
２１０ はんだバンプ
２１１ 接触パッド
２１２ 接触パッド
２１３ 金属線
２１４ 集積回路
２１５ 接触パッド
２１６ はんだバンプ
２１７ 金属パッド
２１８ はんだバンプ
２１９ 金属パッド
２２０ 基板
２２２ 大面積検出器アレイ
２２３ 検出器モジュール
２２４ 接触パッド
２２５ はんだバンプ
２２６ 共通システム基板
２２７ 制御電子素子
２２８ はんだバンプ
２２９ フロントエンド電子素子
２３０ インターポーザを有するセンサモジュールを形成する方法
２３１ はんだバンプ
２３２ インターポーザ
２３４ インターポーザの第１の面
２３６ インターポーザの第２の面
２３８ 貫通ビア
２４０ 接触パッド
２４２ 接触パッド
２４４ 第１の補強材
２４６ センサ層
２４８ センサアレイ
２５０ 支持層
２５２ センサ素子
２５４ 切り口
２５６ センサアレイとインターポーザとの積層体
２５８ 第２の補強材
２６０ センサ積層体
２７０ 検出器モジュール
２７２ 相互接続層
２７４ 再配線層
２７６ 集積回路
２７８ スタッドバンプ
２８０ 検出器モジュール
２８２ 銅ピラー
２９０ 医用撮像システム
２９２ 収集サブシステム
２９４ 処理サブシステム
２９８ データリポジトリ
３００ ディスプレー
３０２ ユーザーインターフェース
３０６ トランスデューサアセンブリ
３０８ 送信／受信（Ｔ／Ｒ）切り換え回路
３１０ 送信機
３１２ 受信機
３１４ ビームフォーマ
３１６ 制御プロセッサ
３１８ 復調器
３２０ 撮像モードプロセッサ
３２２ スキャンコンバータ
３２４ ディスプレープロセッサ
３２６ リモート接続サブシステム
３２８ ウェブサーバ
３３０ インターフェース
３３２ 患者
３３４ 画像ワークステーション

Claims (10)

1. タイリング可能な検出器アレイを形成する方法において、
   検出器モジュールを形成するステップであって、
   第１の面と第２の面とを有し、センサアレイの第２の面上に配置された第１の複数の接触パッドを備える前記センサアレイを設けるステップと、
   第１の面と第２の面とを有し、再配線層の第１の面上に配置された第２の複数の接触パッドを備える前記再配線層と、
   集積回路の第１の面が前記再配線層の第２の面に作用的に結合されていて、複数の貫通ビアが貫設されている前記集積回路と、を備える相互接続層上にセンサアレイを配置するステップであって、
   前記センサアレイの前記第２の面上の第１の複数の接触パッドが、前記再配線層の前記第１の面上の第２の複数の接触パッドと位置合わせされるように、前記センサアレイを前記相互接続層上に配置するステップと、
   前記センサアレイの前記第２の面上の第１の複数の接触パッドを、前記再配線層の前記第１の面上の第２の複数の接触パッドに作用的に結合して、センサ積層体を形成するステップと、
   前記センサ積層体を第１の基板に結合して、前記検出器モジュールを形成するステップと、
   第２の基板上に複数の前記検出器モジュールをタイリングして、前記タイリング可能な検出器アレイを形成するステップとを含む方法。
2. 前記センサアレイの前記第２の面上の前記第１の複数の接触パッドを、前記再配線層の前記第１の面の前記第２の複数の接触パッドに作用的に結合する前記ステップが、高温フリップチップ接着工程を用いて、前記センサ積層体を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の検出器モジュールをタイリングするステップが、フリップチップ接着工程を用いて、前記複数の検出器モジュールを前記第２の基板に接着するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 複数のはんだボール、複数のピン、又はその組み合わせを前記第２の基板の第２の面上に配置して、プラグ接続可能な検出器モジュールを形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 複数のプラグ接続可能な検出器モジュールを第３の基板上に配置して、現場交換可能なユニットを形成するステップを更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 処理回路を前記第２の基板の第２の面に結合するステップを更に含み、前記処理回路が制御電子素子、フロントエンド電子素子、又は制御電子素子とフロントエンド電子素子の両方を備える、請求項１に記載の方法。
7. タイリング可能な検出器アレイ（１７０）において、
   第１の面と第２の面とを有する第１の基板（１６２）と、
   前記第１の基板（１６２）の第１の面上に配置された複数の検出器モジュール（１６０）であって、複数の検出器モジュール（１６０）の各々が、
   第１の面と第２の面とを有していて、第１の複数の接触パッド（２０）がセンサアレイ（１４）の第２の面上に配置されている前記センサアレイ（１４）と、
   相互接続層（２２）であって、
   第１の面と第２の面とを有し、再配線層（２４）の前記第１の面上に配置された第２の複数の接触パッド（２８）を備える前記再配線層（２４）と、
   集積回路（２６）の第１の面が前記再配線層（２４）の前記第２の面に作用的に結合され、複数の貫通ビア（３０）が貫設されている前記集積回路（２６）と、を備え、
   前記センサアレイ（１４）の前記第２の面上の前記第１の複数の接触パッド（２０）が、前記再配線層（２４）の前記第１の面上の前記第２の複数の接触パッド（２８）と位置合わせされるように、前記センサアレイ（１４）が前記相互接続層（２２）上に配置され、前記センサアレイ（１４）の前記第２の面上の前記第１の複数の接触パッド（２０）が、前記再配線層（２４）の前記第２の複数の接触パッド（２８）に作用的に結合され、且つ、
   前記集積回路（２６）の第２の面上に配置された結合手段（１５４）を備える前記相互接続層（２２）と、を備える前記複数の検出器モジュール（１６０）とを備え、
   前記複数の検出器モジュール（１６０）が、前記集積回路（２６）の前記第２の面上に配置された前記結合手段（１５４）を介して前記第１の基板（１６２）の前記第１の面に結合される、タイリング可能な検出器アレイ。
8. プラグ接続可能な検出器モジュールを形成するため、前記基板の前記第２の面上に配置された複数のピン、複数のはんだボール、又はこれらの組み合わせを更に備える、請求項７に記載のタイリング可能な検出器アレイ（１７０）。
9. １つ又は複数のプラグ接続可能な検出器モジュールに作用的に結合され、現場交換可能なユニットを形成する第２の基板を更に備える、請求項７に記載のタイリング可能な検出器アレイ（１７０）。
10. 検出器モジュールを形成する方法であって、
    第１の面と第２の面とを有し、センサアレイの前記第２の面上に配置された第１の複数の接触パッドを備える前記センサアレイを設けるステップと、
    第１の面と第２の面とを有し、インターポーザの前記第１の面上に配置された第１組の接触パッドと、前記インターポーザの前記第２の面上に配置された第２組の接触パッドとを備える前記インターポーザを設けるステップと、
    第１の支持構造を前記インターポーザの前記第２の面に固定するステップと、
    前記センサアレイの前記第２の面上に配置された前記第１の複数の接触パッドを、前記インターポーザの前記第１の面上に配置された前記第１組の接触パッドに固定することによって、前記センサアレイを前記インターポーザの前記第１の面に結合して、前記センサアレイと前記インターポーザとの積層体を形成するステップと、
    第２の支持構造を前記インターポーザの第１の面に固定するステップと、
    前記第１の支持構造を切断するステップと、
    前記センサアレイとインターポーザとの積層体を相互接続層に固定して、センサ積層体を形成するステップと、
    前記センサ積層体を基板に結合して前記検出器モジュールを形成するステップと、を含む方法。

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