マルチダイ背面照射型ダイオードのモジュール・アセンブリ
【課題】ＣＴシステム等の検出器アレイにおいて、素子の高密度化に伴うトレース及び結合パッドの数及び寸法に対する物理的制限を克服する。
【解決手段】計算機式断層写真法撮像スキャナ（１０）・モジュールが、複数のシンチレータ（１５６）と、シンチレータに光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオードと、フォトダイオードが電気的に結合されている複数の基材導電体を有する多層基材（２０４）であって、複数の基材導体の各々が、異なる背面照射型フォトダイオードに接続されている、多層基材（２０４）と、基材が電気的に結合されている複数の可撓性導電体を有する可撓性ケーブル（３０８）であって、複数の可撓性導電体の各々が、多層基材の異なる出力に接続されている、可撓性ケーブル（３０８）とを含んでいる。
【解決手段】計算機式断層写真法撮像スキャナ（１０）・モジュールが、複数のシンチレータ（１５６）と、シンチレータに光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオードと、フォトダイオードが電気的に結合されている複数の基材導電体を有する多層基材（２０４）であって、複数の基材導体の各々が、異なる背面照射型フォトダイオードに接続されている、多層基材（２０４）と、基材が電気的に結合されている複数の可撓性導電体を有する可撓性ケーブル（３０８）であって、複数の可撓性導電体の各々が、多層基材の異なる出力に接続されている、可撓性ケーブル（３０８）とを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、医用イメージング・システムに関し、さらに具体的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）に関する。本出願の主題は、Ｘ線システムを特定的な用途としているが、本発明には他の撮像モダリティに関連する用途もある。
【背景技術】
【０００２】
現今のＣＴスキャナは典型的には、Ｘ線エネルギを電気信号に変換するために数千個のＸ線検出器を用いている。典型的な検出器はシンチレータのアレイを含む場合があり、このアレイが、光線又は他の電離放射線を前面で検出する半導体フォトダイオードのアレイに取り付けられている。幾つかの具現化形態は構成可変型検出器を有しており、かかる検出器では、多数の個々のフォトダイオードからの信号電流を結合して、後続の処理を単一の増幅器チャネルで行なうことができる。この構成では、外部から制御される電気スイッチ（電界効果トランジスタすなわちＦＥＴ）を用いて、個々のピクセルの検出面積を変化させることができる。ＦＥＴへの電気的接続のための結合パッドは典型的には、フォトダイオードの一端又は両端に位置しており、ピクセル・アレイは全体として、アレイの中心からＦＥＴの近くの一方又は両方のエッジに向かって経路を形成していなければならない。
【特許文献１】米国特許第６，７０７，０４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
アレイの素子数が増加するにつれて、トレース及び結合パッドの密度は、フォトダイオード・アレイのエッジの近くでは望ましくない程高いレベルまで増加する。このため、上面接点を用いて形成され得るトレース及び結合パッドの数及び寸法に幾分かの物理的制限が加わっている。利用可能な結線及びシリコン処理技術では、０．６２５ｍｍのピクセル（ＣＴガントリのアイソセンタで測定した場合）の４０枚〜５０枚のスライスまでしか達成することができない。
【０００４】
本書では、上述の問題を少なくとも部分的に克服する方法及び装置を記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一観点では、複数のシンチレータと、シンチレータに光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオードと、フォトダイオードが電気的に結合されている複数の基材導電体を有する多層基材であって、複数の基材導体の各々が、異なる背面照射型フォトダイオードに接続されている、多層基材と、この基材が電気的に結合されている複数の可撓性導電体を有する可撓性ケーブルであって、複数の可撓性導電体の各々が、多層基材の異なる出力に接続されている、可撓性ケーブルとを含む計算機式断層写真法撮像スキャナ・モジュールを提供する。
【０００６】
他の観点では、Ｘ線源と、線源から放出されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器モジュールとを含むイメージング・システムを提供する。検出器モジュールは、Ｘ線源に対向している複数のシンチレータと、シンチレータに光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオードと、これら複数の背面照射型フォトダイオードに電気的に結合されている多層基材と、この多層基材に電気的に結合されている可撓性ケーブルとを含んでいる。
【０００７】
さらにもう一つの観点では、方法を提供する。この方法は、シンチレータからフォトンを受光するステップと、フォトンを電気信号に変換するステップと、多層基材を介して電気信号を伝送するステップと、多層可撓性回路を介して電気信号を伝送するステップとを含んでいる。
【０００８】
さらに他の観点では、背面照射型ダイオードを多層基材に取り付ける方法を提供し、この方法は、背面照射型ダイオードの表面にスタッド・バンプを結線するステップと、多層基材の表面に接着剤を配置するステップと、スタッド・バンプの表面を多層基材上の接着剤の表面に対して整列させるステップと、背面照射型ダイオード及び基材を接着剤硬化温度まで加熱するステップと、背面照射型ダイオードと基材との間に形成される間隙にアンダーフィルを施すステップとを含んでいる。
【０００９】
他の観点では、可撓性電気回路を基材に取り付ける方法を提供する。この方法は、はんだバンプを多層基材の表面に配置するステップと、可撓性電気回路の表面にリフロー封止剤を配置するステップと、多層基材の表面をはんだバンプの表面と整列させるステップと、可撓性電気回路及び基材をはんだのリフロー温度まで加熱するステップとを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本書では、例えば限定しないが計算機式断層写真法（ＣＴ）システムのようなイメージング・システムに有用な放射線検出方法及び装置を提供する。本装置及び方法を図面を参照して説明する。尚、全ての図面において類似の参照番号は同一の要素を示す。かかる図面は、限定ではなく具体例を示すことを目的としており、本発明の装置及び方法の例示的な実施形態の説明を容易にするため本書に含まれている。
【００１１】
幾つかの公知のＣＴイメージング・システム構成においては、放射線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のＸＹ平面であって一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。放射線ビームは、患者のような撮像対象を透過する。ビームは対象によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受光される減弱した放射線ビームの強度は、対象による放射線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器の位置でのビーム減弱の測定値である別個の電気信号を発生する。全ての検出器からの減弱測定値を別個に取得して透過プロファイルを形成する。
【００１２】
第三世代ＣＴシステムでは、放射線源及び検出器アレイは、放射線ビームが対象と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で対象の周りをガントリと共に回転する。一つのガントリ角度での検出器アレイからの一群の放射線減弱測定値すなわち投影データを「ビュー」と呼ぶ。対象の「走査（スキャン）」は、放射線源及び検出器が一回転する間に様々なガントリ角度すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。
【００１３】
アキシャル・スキャン（軸方向走査）では、投影データを処理して、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を再構成する。一組の投影データから画像を再構成する一方法に、当業界でフィルタ補正逆投影法と呼ばれるものがある。この方法は、走査からの減弱測定値を「ＣＴ数」又は「ハンスフィールド単位」と呼ばれる整数へ変換し、これらの整数を用いて表示装置上の対応するピクセルの輝度を制御する。
【００１４】
全走査時間を短縮するために、「ヘリカル」・スキャン（螺旋走査）を行なうこともできる。「ヘリカル」・スキャンを行なうためには、患者を移動させながら所定の数のスライスのデータを取得する。かかるシステムは、一回のファン・ビーム・ヘリカル・スキャンから単一の螺旋を生成する。ファン・ビームによって悉く写像された螺旋から投影データが得られ、投影データから各々の所定のスライスにおける画像を再構成することができる。
【００１５】
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素またはステップという用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている他の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。
【００１６】
また、本書で用いられる「画像を再構成する」という表現は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」との用語は可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指すものとする。但し、多くの実施形態は１以上の可視画像を形成する（か又は形成するように構成されている）。
【００１７】
図１はＣＴイメージング・システム１０の見取り図である。図２は図１に示すシステム１０のブロック模式図である。例示的な実施形態では、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴイメージング・システムに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２は放射線源１４を有しており、放射線源１４は、Ｘ線のコーン・ビーム１６をガントリ１２の反対側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。
【００１８】
検出器アレイ１８は、複数の検出器素子２０を含む複数の検出器横列（図1及び図２に示されていない）によって形成されており、検出器素子２０は一括で、患者２２のような対象を透過した投射Ｘ線ビームを感知する。各々の検出器素子２０は、入射放射線ビームの強度を表わし従って対象又は患者２２を透過する際のビームの減弱を表わす電気信号を発生する。マルチスライス検出器１８を有するイメージング・システム１０は、対象２２の容積を表わす複数の画像を形成することが可能である。これら複数の画像の各々が、空間の別個の「スライス」に対応している。スライスの「厚み」又はアパーチャは、検出器横列の厚みによって決まる。
【００１９】
放射線投影データを取得するための一回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。図２は、検出器素子２０の単一の横列（すなわち検出器横列一列）のみを示している。しかしながら、マルチスライス検出器アレイ１８は、一回の走査中に複数の準並行スライス又は平行スライスに対応する投影データが同時に取得され得るように、検出器素子２０の複数の平行な検出器横列を含んでいる。
【００２０】
ガントリ１２の回転及び放射線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、放射線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給する放射線制御器２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器３０とを含んでいる。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化された放射線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
【００２１】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、放射線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。
【００２２】
一実施形態では、コンピュータ３６は、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ若しくはネットワークやインターネットのような他のディジタル・ソース等のコンピュータ読み取り可能な媒体５２から命令及び／又はデータを読み取る装置５０、例えばフレキシブル・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置、又はイーサネット（登録商標）装置のようなネットワーク接続装置を含めたその他任意のディジタル装置、並びに開発中のディジタル手段を含んでいる。他の実施形態では、コンピュータ３６はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。一般的には、図２に示すＤＡＳ３２、再構成器３４及びコンピュータ３６の少なくとも一つのプロセッサが、以下に説明する工程を実行するようにプログラムされる。言うまでもなく、本方法はＣＴシステム１０での実施に限定されず、他の多くの形式及び変形のイメージング・システムに関して利用することができる。一実施形態では、コンピュータ３６は本書に記載する作用を果たすようにプログラムされており、よって本書で用いられるコンピュータという用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指すものとする。本書に記載する方法は医療環境において記載されているが、産業環境又は運輸環境、例えば限定しないが空港若しくは他の運輸拠点での手荷物走査ＣＴシステム等で典型的に用いられるシステム等のような非医療撮像システムも本発明の利点を享受すると想到される。
【００２３】
図３及び図４に示すように、公知の検出器アレイ１１８は複数の検出器モジュール・アセンブリ１５０（検出器モジュールとも呼ばれる）を含んでおり、各々のモジュールが検出器素子１２０のアレイを備えている。各々の検出器モジュール１５０は、高密度光センサ・アレイ１５２と、光センサ・アレイ１５２の上部に隣接して位置する多次元シンチレータ・アレイ１５４とを含んでいる。具体的には、シンチレータ・アレイ１５４は複数のシンチレータ１５６を含んでおり、光センサ・アレイ１５２は、フォトダイオード１５８と、スイッチ装置１６０と、デコーダ１６２とを含んでいる。二酸化チタンを充填剤としたエポキシのような材料が、シンチレータ素子同士の間の小空間を充填している。フォトダイオード１５８は、個別のフォトダイオードであるか、又は一体の多次元ダイオード・アレイである。フォトダイオード１５８はシリコン基材上に分散されるか、堆積されるか、又は形成される。シンチレータ・アレイ１５４は、当技術分野で公知のように、フォトダイオード１５８を被って又はフォトダイオード１５８に隣接して配置される。フォトダイオード１５８は、シンチレータ・アレイ１５４に光学的に結合され、シンチレータ・アレイ１５４による光出力を表わす信号を伝送する電気出力線を有している。各々のフォトダイオード１５８は、シンチレータ・アレイ１５４の特定のシンチレータについてのビーム減弱の測定値である別個の低レベル・アナログ出力信号を発生する。フォトダイオード出力線（図３又は図４には示されていない）は例えば、モジュール１２０の一面又はモジュール１２０の複数の側面に物理的に配置されてよい。図４の図示によれば、フォトダイオード出力はフォトダイオード・アレイの両面に配置されている。
【００２４】
図３に示すように、検出器アレイ１１８は５７個の検出器モジュール１５０を含んでいる。各々の検出器モジュール１５０は、光センサ・アレイ１５２と、典型的にはこのアレイ１５２に適合するシンチレータ・アレイ１５４とを含んでいる。結果として、アレイ１１８は１６行×９１２列（１６×５７モジュール）に分割され、例えば現行技術では、ｚ軸がガントリ回転軸であるとすると、ガントリ１２の各回の回転でｚ軸に沿ってＮ＝１６までのスライスのデータを同時に収集することができる。
【００２５】
スイッチ装置１６０は多次元の半導体スイッチ・アレイである。スイッチ装置１６０は光センサ・アレイ１５２とＤＡＳ３２との間に結合されている。スイッチ装置１６０は一実施形態では、２個の半導体スイッチ・アレイ１６４及び１６６を含んでいる。スイッチ・アレイ１６４及び１６６は各々、多次元アレイとして配列された複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（図示されていない）を含んでいる。各々のＦＥＴは、それぞれのフォトダイオード出力線の１本に電気的に接続されている入力と、出力と、コントロールとを含んでいる（図示されていない）。ＦＥＴ出力及びコントロールは、可撓性電気ケーブル１６８を介してＤＡＳ３２に電気的に接続された線に接続されている。具体的には、フォトダイオード出力線の約半数がスイッチ１６４の各々のＦＥＴ入力線に電気的に接続され、フォトダイオード出力線の残りの半数がスイッチ１６６のＦＥＴ入力線に電気的に接続されている。このように、可撓性電気ケーブル１６８は、例えば可撓性ケーブル１６８からスイッチ装置１６０まで、またスイッチ装置１６０及びデコーダ１６２からフォトダイオード１５８までの結線によって、光センサ・アレイ１５２に電気的に接続されている。
【００２６】
デコーダ１６２は、スイッチ装置１６０の動作を制御して、所望のスライス数及び各々のスライスの所望の分解能に応じてフォトダイオード１５８の出力をイネーブルにするか、ディスエーブルにするか、又は結合する。デコーダ１６２は一実施形態では、当技術分野では公知のようにＦＥＴ制御器である。デコーダ１６２は、スイッチ装置１６０及びＤＡＳ３２に結合される複数の出力線及び制御線を含んでいる。具体的には、デコーダ出力はスイッチ装置の制御線に電気的に結合されて、スイッチ装置１６０をイネーブルにしてスイッチ装置の入力からスイッチ装置の出力へ適正なデータを送信する。デコーダ１６２を用いて、特定のフォトダイオード１５８の出力がＣＴシステムのＤＡＳ３２に電気的に接続されるように、スイッチ装置１６０の内部の特定のＦＥＴを選択的にイネーブルにするか、ディスエーブルにするか、又は結合する。デコーダ１６２は、選択された列数の光センサ・アレイ１５２の横列がＤＡＳ３２に接続されるようにスイッチ装置１６０をイネーブルにし、すると、選択された枚数のスライス分のデータがＤＡＳ３２に電気的に接続されて処理される。
【００２７】
図３及び図４に示すように、検出器モジュール１５０は検出器アレイ１１８に嵌合され、レール１７０及び１７２によって所定の位置に固定される。図３は、レール１７２が既に所定の位置に固定されており、レール１７０が電気ケーブル１６８の上方で、モジュール１５０の基材１７４、可撓性ケーブル１６８及び取付けブラケット１７６の上方に固定されつつある様子を示している。次いで、ネジ（図３及び図４に図示されていない）が穴１７８及び１８０を通してレール１７０のネジ穴１８２へ螺入されて、モジュール１５０を所定の位置に固定する。取付けブラケット１７６のフランジ１８４は、レール１７０及び１７２に対する圧迫によって（又は一実施形態では接着によって）所定の位置に保持され、検出器モジュール１５０の「揺動」を防ぐ。取付けブラケット１７６はまた、可撓性ケーブル１６８を基材１７４に圧締めしており、又は一実施形態では可撓性ケーブル１６８はまた基材１７４に接着剤で接着されている。
【００２８】
しかしながら、従来、トレース又は電気経路はフォトダイオード・アレイの一端からしか引き込むことができず、このため上面接点を用いて形成され得るトレース及び結合パッドの数及び寸法に幾分かの物理的制限が加わっている。トレース及び結合パッドの数及び寸法に対する物理的制限は、ダイオードを反転させて表面接点をフォトダイオード・アレイの裏側に配置することにより回避することができる。この技術は例えば、米国特許第６，７０７，０４６号明細書に記載されている（すなわち、背面照射型又は「バックライト型」ダイオード）。電気的接続は、背面照射型ダイオード・アレイの各々のピクセルからセラミック製基材又はプリント配線基板（ＰＷＢ）等へ直接形成される。基材は多層化されており、電気信号をフォトダイオード・アレイから多層基材を介して基材の反対側へ伝送する。電気的接合が可能なパッドが基材の各々の面に配置されて電気相互接続を容易にしている。裏面接続の設計によって、トレースをダイオード・アレイの両端エッジに導かなければならないという要件がなくなり、ＣＴスキャナのｚ次元及びｘ次元での素子の無制限のタイリングが可能になる。
【００２９】
図５及び図６は、多層基材２０４上に背面照射型ダイオード・アレイ２０２を配置することにより組み立てられるダイオード−基材アセンブリ２００を示している。背面照射型ダイオード・アレイ２０２の基材２０４に対する整列及び取付けに先立って、導電性エポキシ２０６のアレイを基材２０４上に疎に塗布するか、一面に塗布するか又は定量で塗布する。複数のスタッド・バンプ２０８が、背面照射型ダイオード・アレイ２１４のパターン化された金属化表面に超音波併用熱圧着で接着されて、アレイ２０２のピクセルの各々の実質的に中心に配置される。スタッド・バンプ２０８は金属性であり、一実施形態では金である。導電性接着剤２０６は、基材２０４の表面に、スタッド・バンプ・アレイ２０６と同じで且つ該アレイ２０６に適合する対向パターン２１６でパターン形成される。ピック・アンド・プレイス式フリップ・チップ技術を用いてダイオード・アレイ２０２を基材２０４と精密整列させ、スタッド・バンプ２０８がアレイ２１６のパッドに達するまで圧着する。導電性接着剤を、時間及び温度の要件についての製造元の指示に従って硬化させる。スタッド・バンプ２０８は、背面照射型ダイオード・アレイ２０２を一様の高さに制御し、間隙２１２にアンダーフィル材料２１０を施すことを容易にする。スタッド・バンプ２０８は、接触領域のアレイ全体にわたって基材２０４の表面に接触しており、高さが実質的に同じであるため、ダイオード・アレイが基材２０４と実質的に同じ表面平坦度で適合することを可能にする。スタッド・バンプはまた間隙２１２を形成し、この間隙２１２に毛管作用によってアンダーフィル材料２１０が充填される。アンダーフィル２１０は、背面照射型ダイオード・アレイ２０２と基材２０４との間の接合を強化するのに役立つ。アンダーフィル２１０はまた、イオン性汚染及び他の汚染がアレイ取付け領域から侵入するのを防ぐのに役立ち、接合に低信号堅牢性を加える。
【００３０】
図７は、背面照射型ダイオード・アレイ２０２（図示されていない）に対して反対の面で基材２０４に取り付けられた可撓性回路３０８を示す。複数の共晶はんだボール３０２が、基材２０４の複数の電気出力パッド３０４に従ったパターンで基材２０４に配置されている。次いで、ノー・フロー法を用いて、先ずピック・アンド・プレイス設備を用いて封止剤３１２を可撓性回路３０８上に施し、可撓性回路３０８を基材２０４に接合し、次いで、アセンブリをはんだに要する所定の温度に加熱してはんだボール３０２を流動させることにより、間隙３１０を充填する。封止材料ははんだフロー加熱の一部として硬化する。可撓性回路３０８は電気接点パッド３０６のパターンを対応して有し、このパターンは基材２０４上の対向パターン３０４に一致している。ノー・フロー法は、二つの表面を接合する前に可撓性回路３０８上に封止剤を施し、次いではんだ溶融温度に加熱することを指す。
【００３１】
図８は、アレイ・パターン３０６を有するように構成された可撓性回路３０８を示しており、この回路はまた犠牲パッド３３０を有するようにも構成され、犠牲パッド３３０は、ステッチの間に軸方向間隙３３２を設けた状態でステッチ溶接される。同様の金属化犠牲ステッチが、接点パッド３０４のパターンに対して同様の態様で基材（図示されていない）上に配置される。可撓性回路３０８が基材２０４に接合されると、対向するステッチのパターンは、少なくとも三つの作用を果たす対向する金属化表面を形成する。図９は犠牲パッド３３０を示しており、これらの犠牲パッド３３０は、以降の接着工程で接合されると、封止剤が接着する相手表面の接着性を強化する。犠牲パッド３３０はまた、封止剤３１２が犠牲パッド３３０を越えて流出するのを阻止するのに役立つ。封止剤３１２の流動域は溝３３４によって制限され、溝３３４は毛管作用が溝領域３３４で終息するような配置及び寸法を有する。このように流動を制限している状態で、犠牲パッド３３０はまた、可撓性回路３０８の屈曲線３３６を画定するのにも役立つ。軸方向間隙３３２は、はんだバンプ３０４の加熱工程中に形成されるガスの放出を可能にする。
【００３２】
本書に記載する方法及び装置の技術的効果の一つは、これらの方法及び装置が、多層基材上の背面照射型ダイオードと、基材の下面に取り付けられた可撓性回路とを提供することである。もう一つの技術的効果は、本書に記載する方法及び装置が、基材の材料として多層セラミック基板又はプリント配線基板を用いていることである。もう一つの技術的効果は、本書に記載する方法及び装置が、可撓性回路の取付け及び屈曲線の制御にはんだ及びリフロー封止剤を用いていることである。もう一つの技術的効果は、本書に記載する方法及び装置が、アンダーフィル材料の制御及びＣＴ検出器モジュールの信頼性向上のために犠牲パッドを用いていることである。
【００３３】
本発明を好適実施形態に関して説明した。当業者には、以上の詳細な説明を精読して理解すると改変及び変形が想到されよう。本発明は、特許請求の範囲又はその均等物の範囲内に含まれる限りにおいて、かかる全ての改変及び変形を含むものと解釈されたい。特許請求の範囲において図面の参照番号に対応する番号は、請求される発明の理解を容易にする目的のみのものであって、請求される発明の範囲を狭めることを意図しているのではない。本出願の特許請求の範囲に記載の事項は、本明細書の記載の一部として明細書に組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＣＴイメージング・システムの実施形態の見取り図である。
【図２】図１に示すシステムのブロック模式図である。
【図３】公知の検出器モジュールのアレイを示す図である。
【図４】図３に示す公知の検出器モジュールを示す図である。
【図５】背面照射型ダイオード・アレイの基材に対する配置を示す図である。
【図６】基材と背面照射型ダイオード・アレイとの間の接着接合を示す図である。
【図７】基材と可撓性回路との間の接着接合を示す図である。
【図８】可撓性回路上の犠牲パッドの平面図である。
【図９】基材に取り付けられた可撓性回路の図であって、可撓性回路の屈曲線が犠牲パッドの位置によって画定されているのを示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０ ＣＴシステム
１２ ガントリ
１４ 放射線源
１６ Ｘ線コーン・ビーム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
４２ 表示器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口
５０ 媒体読み取り装置
５２ 媒体
１１８ 公知の検出器アレイ
１２０ 検出器素子
１５０ 検出器モジュール・アセンブリ
１５２ 光センサ・アレイ
１５４ シンチレータ・アレイ
１５６ シンチレータ
１５８ フォトダイオード
１６０ スイッチ装置
１６２ デコーダ
１６４、１６６ 半導体スイッチ・アレイ
１６８ 可撓性電気ケーブル
１７０、１７２ レール
１７４ 基材
１７６ 取付けブラケット
１７８、１８０、１８２ ネジ穴
１８４ フランジ
２００ ダイオード−基材アセンブリ
２０２、２１４ 背面照射型ダイオード・アレイ
２０４ 多層基材
２０６ 導電性接着剤
２０８ スタッド・バンプ
２１０ アンダーフィル材料
２１２ 間隙
２１６ 接着剤の対向パターン
３０２ 共晶はんだボール
３０４ 基材側の接点パッドのパターン
３０６ 回路側の接点パッドのパターン
３０８ 可撓性回路
３１０ 間隙
３１２ 封止剤
３３０ 犠牲パッド
３３２ 軸方向間隙
３３４ 溝
３３６ 屈曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、医用イメージング・システムに関し、さらに具体的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）に関する。本出願の主題は、Ｘ線システムを特定的な用途としているが、本発明には他の撮像モダリティに関連する用途もある。
【背景技術】
【０００２】
現今のＣＴスキャナは典型的には、Ｘ線エネルギを電気信号に変換するために数千個のＸ線検出器を用いている。典型的な検出器はシンチレータのアレイを含む場合があり、このアレイが、光線又は他の電離放射線を前面で検出する半導体フォトダイオードのアレイに取り付けられている。幾つかの具現化形態は構成可変型検出器を有しており、かかる検出器では、多数の個々のフォトダイオードからの信号電流を結合して、後続の処理を単一の増幅器チャネルで行なうことができる。この構成では、外部から制御される電気スイッチ（電界効果トランジスタすなわちＦＥＴ）を用いて、個々のピクセルの検出面積を変化させることができる。ＦＥＴへの電気的接続のための結合パッドは典型的には、フォトダイオードの一端又は両端に位置しており、ピクセル・アレイは全体として、アレイの中心からＦＥＴの近くの一方又は両方のエッジに向かって経路を形成していなければならない。
【特許文献１】米国特許第６，７０７，０４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
アレイの素子数が増加するにつれて、トレース及び結合パッドの密度は、フォトダイオード・アレイのエッジの近くでは望ましくない程高いレベルまで増加する。このため、上面接点を用いて形成され得るトレース及び結合パッドの数及び寸法に幾分かの物理的制限が加わっている。利用可能な結線及びシリコン処理技術では、０．６２５ｍｍのピクセル（ＣＴガントリのアイソセンタで測定した場合）の４０枚〜５０枚のスライスまでしか達成することができない。
【０００４】
本書では、上述の問題を少なくとも部分的に克服する方法及び装置を記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一観点では、複数のシンチレータと、シンチレータに光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオードと、フォトダイオードが電気的に結合されている複数の基材導電体を有する多層基材であって、複数の基材導体の各々が、異なる背面照射型フォトダイオードに接続されている、多層基材と、この基材が電気的に結合されている複数の可撓性導電体を有する可撓性ケーブルであって、複数の可撓性導電体の各々が、多層基材の異なる出力に接続されている、可撓性ケーブルとを含む計算機式断層写真法撮像スキャナ・モジュールを提供する。
【０００６】
他の観点では、Ｘ線源と、線源から放出されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器モジュールとを含むイメージング・システムを提供する。検出器モジュールは、Ｘ線源に対向している複数のシンチレータと、シンチレータに光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオードと、これら複数の背面照射型フォトダイオードに電気的に結合されている多層基材と、この多層基材に電気的に結合されている可撓性ケーブルとを含んでいる。
【０００７】
さらにもう一つの観点では、方法を提供する。この方法は、シンチレータからフォトンを受光するステップと、フォトンを電気信号に変換するステップと、多層基材を介して電気信号を伝送するステップと、多層可撓性回路を介して電気信号を伝送するステップとを含んでいる。
【０００８】
さらに他の観点では、背面照射型ダイオードを多層基材に取り付ける方法を提供し、この方法は、背面照射型ダイオードの表面にスタッド・バンプを結線するステップと、多層基材の表面に接着剤を配置するステップと、スタッド・バンプの表面を多層基材上の接着剤の表面に対して整列させるステップと、背面照射型ダイオード及び基材を接着剤硬化温度まで加熱するステップと、背面照射型ダイオードと基材との間に形成される間隙にアンダーフィルを施すステップとを含んでいる。
【０００９】
他の観点では、可撓性電気回路を基材に取り付ける方法を提供する。この方法は、はんだバンプを多層基材の表面に配置するステップと、可撓性電気回路の表面にリフロー封止剤を配置するステップと、多層基材の表面をはんだバンプの表面と整列させるステップと、可撓性電気回路及び基材をはんだのリフロー温度まで加熱するステップとを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本書では、例えば限定しないが計算機式断層写真法（ＣＴ）システムのようなイメージング・システムに有用な放射線検出方法及び装置を提供する。本装置及び方法を図面を参照して説明する。尚、全ての図面において類似の参照番号は同一の要素を示す。かかる図面は、限定ではなく具体例を示すことを目的としており、本発明の装置及び方法の例示的な実施形態の説明を容易にするため本書に含まれている。
【００１１】
幾つかの公知のＣＴイメージング・システム構成においては、放射線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のＸＹ平面であって一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。放射線ビームは、患者のような撮像対象を透過する。ビームは対象によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受光される減弱した放射線ビームの強度は、対象による放射線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器の位置でのビーム減弱の測定値である別個の電気信号を発生する。全ての検出器からの減弱測定値を別個に取得して透過プロファイルを形成する。
【００１２】
第三世代ＣＴシステムでは、放射線源及び検出器アレイは、放射線ビームが対象と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で対象の周りをガントリと共に回転する。一つのガントリ角度での検出器アレイからの一群の放射線減弱測定値すなわち投影データを「ビュー」と呼ぶ。対象の「走査（スキャン）」は、放射線源及び検出器が一回転する間に様々なガントリ角度すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。
【００１３】
アキシャル・スキャン（軸方向走査）では、投影データを処理して、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を再構成する。一組の投影データから画像を再構成する一方法に、当業界でフィルタ補正逆投影法と呼ばれるものがある。この方法は、走査からの減弱測定値を「ＣＴ数」又は「ハンスフィールド単位」と呼ばれる整数へ変換し、これらの整数を用いて表示装置上の対応するピクセルの輝度を制御する。
【００１４】
全走査時間を短縮するために、「ヘリカル」・スキャン（螺旋走査）を行なうこともできる。「ヘリカル」・スキャンを行なうためには、患者を移動させながら所定の数のスライスのデータを取得する。かかるシステムは、一回のファン・ビーム・ヘリカル・スキャンから単一の螺旋を生成する。ファン・ビームによって悉く写像された螺旋から投影データが得られ、投影データから各々の所定のスライスにおける画像を再構成することができる。
【００１５】
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素またはステップという用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている他の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。
【００１６】
また、本書で用いられる「画像を再構成する」という表現は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」との用語は可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指すものとする。但し、多くの実施形態は１以上の可視画像を形成する（か又は形成するように構成されている）。
【００１７】
図１はＣＴイメージング・システム１０の見取り図である。図２は図１に示すシステム１０のブロック模式図である。例示的な実施形態では、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴイメージング・システムに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２は放射線源１４を有しており、放射線源１４は、Ｘ線のコーン・ビーム１６をガントリ１２の反対側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。
【００１８】
検出器アレイ１８は、複数の検出器素子２０を含む複数の検出器横列（図1及び図２に示されていない）によって形成されており、検出器素子２０は一括で、患者２２のような対象を透過した投射Ｘ線ビームを感知する。各々の検出器素子２０は、入射放射線ビームの強度を表わし従って対象又は患者２２を透過する際のビームの減弱を表わす電気信号を発生する。マルチスライス検出器１８を有するイメージング・システム１０は、対象２２の容積を表わす複数の画像を形成することが可能である。これら複数の画像の各々が、空間の別個の「スライス」に対応している。スライスの「厚み」又はアパーチャは、検出器横列の厚みによって決まる。
【００１９】
放射線投影データを取得するための一回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。図２は、検出器素子２０の単一の横列（すなわち検出器横列一列）のみを示している。しかしながら、マルチスライス検出器アレイ１８は、一回の走査中に複数の準並行スライス又は平行スライスに対応する投影データが同時に取得され得るように、検出器素子２０の複数の平行な検出器横列を含んでいる。
【００２０】
ガントリ１２の回転及び放射線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、放射線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給する放射線制御器２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器３０とを含んでいる。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化された放射線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
【００２１】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、放射線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。
【００２２】
一実施形態では、コンピュータ３６は、フレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ若しくはネットワークやインターネットのような他のディジタル・ソース等のコンピュータ読み取り可能な媒体５２から命令及び／又はデータを読み取る装置５０、例えばフレキシブル・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）装置、又はイーサネット（登録商標）装置のようなネットワーク接続装置を含めたその他任意のディジタル装置、並びに開発中のディジタル手段を含んでいる。他の実施形態では、コンピュータ３６はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。一般的には、図２に示すＤＡＳ３２、再構成器３４及びコンピュータ３６の少なくとも一つのプロセッサが、以下に説明する工程を実行するようにプログラムされる。言うまでもなく、本方法はＣＴシステム１０での実施に限定されず、他の多くの形式及び変形のイメージング・システムに関して利用することができる。一実施形態では、コンピュータ３６は本書に記載する作用を果たすようにプログラムされており、よって本書で用いられるコンピュータという用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指すものとする。本書に記載する方法は医療環境において記載されているが、産業環境又は運輸環境、例えば限定しないが空港若しくは他の運輸拠点での手荷物走査ＣＴシステム等で典型的に用いられるシステム等のような非医療撮像システムも本発明の利点を享受すると想到される。
【００２３】
図３及び図４に示すように、公知の検出器アレイ１１８は複数の検出器モジュール・アセンブリ１５０（検出器モジュールとも呼ばれる）を含んでおり、各々のモジュールが検出器素子１２０のアレイを備えている。各々の検出器モジュール１５０は、高密度光センサ・アレイ１５２と、光センサ・アレイ１５２の上部に隣接して位置する多次元シンチレータ・アレイ１５４とを含んでいる。具体的には、シンチレータ・アレイ１５４は複数のシンチレータ１５６を含んでおり、光センサ・アレイ１５２は、フォトダイオード１５８と、スイッチ装置１６０と、デコーダ１６２とを含んでいる。二酸化チタンを充填剤としたエポキシのような材料が、シンチレータ素子同士の間の小空間を充填している。フォトダイオード１５８は、個別のフォトダイオードであるか、又は一体の多次元ダイオード・アレイである。フォトダイオード１５８はシリコン基材上に分散されるか、堆積されるか、又は形成される。シンチレータ・アレイ１５４は、当技術分野で公知のように、フォトダイオード１５８を被って又はフォトダイオード１５８に隣接して配置される。フォトダイオード１５８は、シンチレータ・アレイ１５４に光学的に結合され、シンチレータ・アレイ１５４による光出力を表わす信号を伝送する電気出力線を有している。各々のフォトダイオード１５８は、シンチレータ・アレイ１５４の特定のシンチレータについてのビーム減弱の測定値である別個の低レベル・アナログ出力信号を発生する。フォトダイオード出力線（図３又は図４には示されていない）は例えば、モジュール１２０の一面又はモジュール１２０の複数の側面に物理的に配置されてよい。図４の図示によれば、フォトダイオード出力はフォトダイオード・アレイの両面に配置されている。
【００２４】
図３に示すように、検出器アレイ１１８は５７個の検出器モジュール１５０を含んでいる。各々の検出器モジュール１５０は、光センサ・アレイ１５２と、典型的にはこのアレイ１５２に適合するシンチレータ・アレイ１５４とを含んでいる。結果として、アレイ１１８は１６行×９１２列（１６×５７モジュール）に分割され、例えば現行技術では、ｚ軸がガントリ回転軸であるとすると、ガントリ１２の各回の回転でｚ軸に沿ってＮ＝１６までのスライスのデータを同時に収集することができる。
【００２５】
スイッチ装置１６０は多次元の半導体スイッチ・アレイである。スイッチ装置１６０は光センサ・アレイ１５２とＤＡＳ３２との間に結合されている。スイッチ装置１６０は一実施形態では、２個の半導体スイッチ・アレイ１６４及び１６６を含んでいる。スイッチ・アレイ１６４及び１６６は各々、多次元アレイとして配列された複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（図示されていない）を含んでいる。各々のＦＥＴは、それぞれのフォトダイオード出力線の１本に電気的に接続されている入力と、出力と、コントロールとを含んでいる（図示されていない）。ＦＥＴ出力及びコントロールは、可撓性電気ケーブル１６８を介してＤＡＳ３２に電気的に接続された線に接続されている。具体的には、フォトダイオード出力線の約半数がスイッチ１６４の各々のＦＥＴ入力線に電気的に接続され、フォトダイオード出力線の残りの半数がスイッチ１６６のＦＥＴ入力線に電気的に接続されている。このように、可撓性電気ケーブル１６８は、例えば可撓性ケーブル１６８からスイッチ装置１６０まで、またスイッチ装置１６０及びデコーダ１６２からフォトダイオード１５８までの結線によって、光センサ・アレイ１５２に電気的に接続されている。
【００２６】
デコーダ１６２は、スイッチ装置１６０の動作を制御して、所望のスライス数及び各々のスライスの所望の分解能に応じてフォトダイオード１５８の出力をイネーブルにするか、ディスエーブルにするか、又は結合する。デコーダ１６２は一実施形態では、当技術分野では公知のようにＦＥＴ制御器である。デコーダ１６２は、スイッチ装置１６０及びＤＡＳ３２に結合される複数の出力線及び制御線を含んでいる。具体的には、デコーダ出力はスイッチ装置の制御線に電気的に結合されて、スイッチ装置１６０をイネーブルにしてスイッチ装置の入力からスイッチ装置の出力へ適正なデータを送信する。デコーダ１６２を用いて、特定のフォトダイオード１５８の出力がＣＴシステムのＤＡＳ３２に電気的に接続されるように、スイッチ装置１６０の内部の特定のＦＥＴを選択的にイネーブルにするか、ディスエーブルにするか、又は結合する。デコーダ１６２は、選択された列数の光センサ・アレイ１５２の横列がＤＡＳ３２に接続されるようにスイッチ装置１６０をイネーブルにし、すると、選択された枚数のスライス分のデータがＤＡＳ３２に電気的に接続されて処理される。
【００２７】
図３及び図４に示すように、検出器モジュール１５０は検出器アレイ１１８に嵌合され、レール１７０及び１７２によって所定の位置に固定される。図３は、レール１７２が既に所定の位置に固定されており、レール１７０が電気ケーブル１６８の上方で、モジュール１５０の基材１７４、可撓性ケーブル１６８及び取付けブラケット１７６の上方に固定されつつある様子を示している。次いで、ネジ（図３及び図４に図示されていない）が穴１７８及び１８０を通してレール１７０のネジ穴１８２へ螺入されて、モジュール１５０を所定の位置に固定する。取付けブラケット１７６のフランジ１８４は、レール１７０及び１７２に対する圧迫によって（又は一実施形態では接着によって）所定の位置に保持され、検出器モジュール１５０の「揺動」を防ぐ。取付けブラケット１７６はまた、可撓性ケーブル１６８を基材１７４に圧締めしており、又は一実施形態では可撓性ケーブル１６８はまた基材１７４に接着剤で接着されている。
【００２８】
しかしながら、従来、トレース又は電気経路はフォトダイオード・アレイの一端からしか引き込むことができず、このため上面接点を用いて形成され得るトレース及び結合パッドの数及び寸法に幾分かの物理的制限が加わっている。トレース及び結合パッドの数及び寸法に対する物理的制限は、ダイオードを反転させて表面接点をフォトダイオード・アレイの裏側に配置することにより回避することができる。この技術は例えば、米国特許第６，７０７，０４６号明細書に記載されている（すなわち、背面照射型又は「バックライト型」ダイオード）。電気的接続は、背面照射型ダイオード・アレイの各々のピクセルからセラミック製基材又はプリント配線基板（ＰＷＢ）等へ直接形成される。基材は多層化されており、電気信号をフォトダイオード・アレイから多層基材を介して基材の反対側へ伝送する。電気的接合が可能なパッドが基材の各々の面に配置されて電気相互接続を容易にしている。裏面接続の設計によって、トレースをダイオード・アレイの両端エッジに導かなければならないという要件がなくなり、ＣＴスキャナのｚ次元及びｘ次元での素子の無制限のタイリングが可能になる。
【００２９】
図５及び図６は、多層基材２０４上に背面照射型ダイオード・アレイ２０２を配置することにより組み立てられるダイオード−基材アセンブリ２００を示している。背面照射型ダイオード・アレイ２０２の基材２０４に対する整列及び取付けに先立って、導電性エポキシ２０６のアレイを基材２０４上に疎に塗布するか、一面に塗布するか又は定量で塗布する。複数のスタッド・バンプ２０８が、背面照射型ダイオード・アレイ２１４のパターン化された金属化表面に超音波併用熱圧着で接着されて、アレイ２０２のピクセルの各々の実質的に中心に配置される。スタッド・バンプ２０８は金属性であり、一実施形態では金である。導電性接着剤２０６は、基材２０４の表面に、スタッド・バンプ・アレイ２０６と同じで且つ該アレイ２０６に適合する対向パターン２１６でパターン形成される。ピック・アンド・プレイス式フリップ・チップ技術を用いてダイオード・アレイ２０２を基材２０４と精密整列させ、スタッド・バンプ２０８がアレイ２１６のパッドに達するまで圧着する。導電性接着剤を、時間及び温度の要件についての製造元の指示に従って硬化させる。スタッド・バンプ２０８は、背面照射型ダイオード・アレイ２０２を一様の高さに制御し、間隙２１２にアンダーフィル材料２１０を施すことを容易にする。スタッド・バンプ２０８は、接触領域のアレイ全体にわたって基材２０４の表面に接触しており、高さが実質的に同じであるため、ダイオード・アレイが基材２０４と実質的に同じ表面平坦度で適合することを可能にする。スタッド・バンプはまた間隙２１２を形成し、この間隙２１２に毛管作用によってアンダーフィル材料２１０が充填される。アンダーフィル２１０は、背面照射型ダイオード・アレイ２０２と基材２０４との間の接合を強化するのに役立つ。アンダーフィル２１０はまた、イオン性汚染及び他の汚染がアレイ取付け領域から侵入するのを防ぐのに役立ち、接合に低信号堅牢性を加える。
【００３０】
図７は、背面照射型ダイオード・アレイ２０２（図示されていない）に対して反対の面で基材２０４に取り付けられた可撓性回路３０８を示す。複数の共晶はんだボール３０２が、基材２０４の複数の電気出力パッド３０４に従ったパターンで基材２０４に配置されている。次いで、ノー・フロー法を用いて、先ずピック・アンド・プレイス設備を用いて封止剤３１２を可撓性回路３０８上に施し、可撓性回路３０８を基材２０４に接合し、次いで、アセンブリをはんだに要する所定の温度に加熱してはんだボール３０２を流動させることにより、間隙３１０を充填する。封止材料ははんだフロー加熱の一部として硬化する。可撓性回路３０８は電気接点パッド３０６のパターンを対応して有し、このパターンは基材２０４上の対向パターン３０４に一致している。ノー・フロー法は、二つの表面を接合する前に可撓性回路３０８上に封止剤を施し、次いではんだ溶融温度に加熱することを指す。
【００３１】
図８は、アレイ・パターン３０６を有するように構成された可撓性回路３０８を示しており、この回路はまた犠牲パッド３３０を有するようにも構成され、犠牲パッド３３０は、ステッチの間に軸方向間隙３３２を設けた状態でステッチ溶接される。同様の金属化犠牲ステッチが、接点パッド３０４のパターンに対して同様の態様で基材（図示されていない）上に配置される。可撓性回路３０８が基材２０４に接合されると、対向するステッチのパターンは、少なくとも三つの作用を果たす対向する金属化表面を形成する。図９は犠牲パッド３３０を示しており、これらの犠牲パッド３３０は、以降の接着工程で接合されると、封止剤が接着する相手表面の接着性を強化する。犠牲パッド３３０はまた、封止剤３１２が犠牲パッド３３０を越えて流出するのを阻止するのに役立つ。封止剤３１２の流動域は溝３３４によって制限され、溝３３４は毛管作用が溝領域３３４で終息するような配置及び寸法を有する。このように流動を制限している状態で、犠牲パッド３３０はまた、可撓性回路３０８の屈曲線３３６を画定するのにも役立つ。軸方向間隙３３２は、はんだバンプ３０４の加熱工程中に形成されるガスの放出を可能にする。
【００３２】
本書に記載する方法及び装置の技術的効果の一つは、これらの方法及び装置が、多層基材上の背面照射型ダイオードと、基材の下面に取り付けられた可撓性回路とを提供することである。もう一つの技術的効果は、本書に記載する方法及び装置が、基材の材料として多層セラミック基板又はプリント配線基板を用いていることである。もう一つの技術的効果は、本書に記載する方法及び装置が、可撓性回路の取付け及び屈曲線の制御にはんだ及びリフロー封止剤を用いていることである。もう一つの技術的効果は、本書に記載する方法及び装置が、アンダーフィル材料の制御及びＣＴ検出器モジュールの信頼性向上のために犠牲パッドを用いていることである。
【００３３】
本発明を好適実施形態に関して説明した。当業者には、以上の詳細な説明を精読して理解すると改変及び変形が想到されよう。本発明は、特許請求の範囲又はその均等物の範囲内に含まれる限りにおいて、かかる全ての改変及び変形を含むものと解釈されたい。特許請求の範囲において図面の参照番号に対応する番号は、請求される発明の理解を容易にする目的のみのものであって、請求される発明の範囲を狭めることを意図しているのではない。本出願の特許請求の範囲に記載の事項は、本明細書の記載の一部として明細書に組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＣＴイメージング・システムの実施形態の見取り図である。
【図２】図１に示すシステムのブロック模式図である。
【図３】公知の検出器モジュールのアレイを示す図である。
【図４】図３に示す公知の検出器モジュールを示す図である。
【図５】背面照射型ダイオード・アレイの基材に対する配置を示す図である。
【図６】基材と背面照射型ダイオード・アレイとの間の接着接合を示す図である。
【図７】基材と可撓性回路との間の接着接合を示す図である。
【図８】可撓性回路上の犠牲パッドの平面図である。
【図９】基材に取り付けられた可撓性回路の図であって、可撓性回路の屈曲線が犠牲パッドの位置によって画定されているのを示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０ ＣＴシステム
１２ ガントリ
１４ 放射線源
１６ Ｘ線コーン・ビーム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器素子
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
４２ 表示器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口
５０ 媒体読み取り装置
５２ 媒体
１１８ 公知の検出器アレイ
１２０ 検出器素子
１５０ 検出器モジュール・アセンブリ
１５２ 光センサ・アレイ
１５４ シンチレータ・アレイ
１５６ シンチレータ
１５８ フォトダイオード
１６０ スイッチ装置
１６２ デコーダ
１６４、１６６ 半導体スイッチ・アレイ
１６８ 可撓性電気ケーブル
１７０、１７２ レール
１７４ 基材
１７６ 取付けブラケット
１７８、１８０、１８２ ネジ穴
１８４ フランジ
２００ ダイオード−基材アセンブリ
２０２、２１４ 背面照射型ダイオード・アレイ
２０４ 多層基材
２０６ 導電性接着剤
２０８ スタッド・バンプ
２１０ アンダーフィル材料
２１２ 間隙
２１６ 接着剤の対向パターン
３０２ 共晶はんだボール
３０４ 基材側の接点パッドのパターン
３０６ 回路側の接点パッドのパターン
３０８ 可撓性回路
３１０ 間隙
３１２ 封止剤
３３０ 犠牲パッド
３３２ 軸方向間隙
３３４ 溝
３３６ 屈曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシンチレータ（１５６）と、
該シンチレータ（１５６）に光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオード（２０２）と、
該フォトダイオード（２０２）が電気的に結合されている複数の基材導電体を有する多層基材（２０４）であって、前記複数の基材導体の各々が、異なる前記背面照射型フォトダイオード（２０２）に接続されている、多層基材（２０４）と、
該基材が電気的に結合されている複数の可撓性導電体を有する可撓性ケーブル（３０８）であって、前記複数の可撓性導電体の各々が、前記多層基材（２０４）の異なる出力に接続されている、可撓性ケーブル（３０８）と、
を備えた計算機式断層写真法撮像スキャナ（１０）・モジュール。
【請求項２】
前記複数のシンチレータ（１５６）は二次元アレイ（１５４）を構成している、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記複数の背面照射型ダイオード（２０２）は、前記複数のシンチレータ（１５６）のアレイに整列した二次元アレイ（２１４）を構成している、請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記複数の基材導体は、前記背面照射型ダイオード（２０２）のアレイに整列した二次元アレイを構成している、請求項３に記載のモジュール。
【請求項５】
前記複数の背面照射型ダイオード（２０２）の各々はスタッド・バンプを含んでいる、請求項１に記載のモジュール。
【請求項６】
前記スタッド・バンプの各々は金を含んでいる、請求項５に記載のモジュール。
【請求項７】
Ｘ線源（１４）と、
該線源から放出されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器モジュール（１８）と、
を備えたイメージング・システム（１０）であって、前記検出器モジュールは、
前記Ｘ線源に対向している複数のシンチレータ（１５６）と、
該シンチレータ（１５６）に光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオード（２０２）と、
該複数の背面照射型フォトダイオードに電気的に結合されている多層基材（２０４）と、
該多層基材（２０４）に電気的に結合されている可撓性ケーブル（３０８）と、を含んでいる、
イメージング・システム（１０）。
【請求項８】
シンチレータ（１５６）からフォトンを受光するステップと、
前記フォトンを電気信号に変換するステップと、
多層基材（２０４）を介して前記電気信号を伝送するステップと、
多層可撓性回路（３０８）を介して前記電気信号を伝送するステップと、
を備えた方法。
【請求項９】
背面照射型ダイオードの表面にスタッド・バンプ（２０８）を結線するステップと、
多層基材の表面に接着剤（２０６）を配置するステップと、
前記スタッド・バンプの表面を前記多層基材上の前記接着剤の表面に対して整列させるステップと、
前記背面照射型ダイオード及び前記基材を接着剤硬化温度まで加熱するステップと、
前記背面照射型ダイオードと前記基材との間に形成される間隙（３１０）にアンダーフィルを施すステップと、
を備えた背面照射型ダイオード（２０２）を多層基材（２０４）に取り付ける方法。
【請求項１０】
はんだバンプ（３０２）を多層基材の表面に配置するステップと、
可撓性電気回路の表面にリフロー封止剤（３１２）を配置するステップと、
前記多層基材の前記表面を前記はんだバンプの表面と整列させるステップと、
前記可撓性電気回路及び前記基材を前記はんだのリフロー温度まで加熱するステップと、
を備えた可撓性電気回路（３０８）を多層基材（２０４）に取り付ける方法。
【請求項１】
複数のシンチレータ（１５６）と、
該シンチレータ（１５６）に光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオード（２０２）と、
該フォトダイオード（２０２）が電気的に結合されている複数の基材導電体を有する多層基材（２０４）であって、前記複数の基材導体の各々が、異なる前記背面照射型フォトダイオード（２０２）に接続されている、多層基材（２０４）と、
該基材が電気的に結合されている複数の可撓性導電体を有する可撓性ケーブル（３０８）であって、前記複数の可撓性導電体の各々が、前記多層基材（２０４）の異なる出力に接続されている、可撓性ケーブル（３０８）と、
を備えた計算機式断層写真法撮像スキャナ（１０）・モジュール。
【請求項２】
前記複数のシンチレータ（１５６）は二次元アレイ（１５４）を構成している、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記複数の背面照射型ダイオード（２０２）は、前記複数のシンチレータ（１５６）のアレイに整列した二次元アレイ（２１４）を構成している、請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記複数の基材導体は、前記背面照射型ダイオード（２０２）のアレイに整列した二次元アレイを構成している、請求項３に記載のモジュール。
【請求項５】
前記複数の背面照射型ダイオード（２０２）の各々はスタッド・バンプを含んでいる、請求項１に記載のモジュール。
【請求項６】
前記スタッド・バンプの各々は金を含んでいる、請求項５に記載のモジュール。
【請求項７】
Ｘ線源（１４）と、
該線源から放出されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器モジュール（１８）と、
を備えたイメージング・システム（１０）であって、前記検出器モジュールは、
前記Ｘ線源に対向している複数のシンチレータ（１５６）と、
該シンチレータ（１５６）に光学的に結合されている複数の背面照射型フォトダイオード（２０２）と、
該複数の背面照射型フォトダイオードに電気的に結合されている多層基材（２０４）と、
該多層基材（２０４）に電気的に結合されている可撓性ケーブル（３０８）と、を含んでいる、
イメージング・システム（１０）。
【請求項８】
シンチレータ（１５６）からフォトンを受光するステップと、
前記フォトンを電気信号に変換するステップと、
多層基材（２０４）を介して前記電気信号を伝送するステップと、
多層可撓性回路（３０８）を介して前記電気信号を伝送するステップと、
を備えた方法。
【請求項９】
背面照射型ダイオードの表面にスタッド・バンプ（２０８）を結線するステップと、
多層基材の表面に接着剤（２０６）を配置するステップと、
前記スタッド・バンプの表面を前記多層基材上の前記接着剤の表面に対して整列させるステップと、
前記背面照射型ダイオード及び前記基材を接着剤硬化温度まで加熱するステップと、
前記背面照射型ダイオードと前記基材との間に形成される間隙（３１０）にアンダーフィルを施すステップと、
を備えた背面照射型ダイオード（２０２）を多層基材（２０４）に取り付ける方法。
【請求項１０】
はんだバンプ（３０２）を多層基材の表面に配置するステップと、
可撓性電気回路の表面にリフロー封止剤（３１２）を配置するステップと、
前記多層基材の前記表面を前記はんだバンプの表面と整列させるステップと、
前記可撓性電気回路及び前記基材を前記はんだのリフロー温度まで加熱するステップと、
を備えた可撓性電気回路（３０８）を多層基材（２０４）に取り付ける方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−９７９３０（Ｐ２００７−９７９３０Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００５−２９３４１９（Ｐ２００５−２９３４１９）
【出願日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９３４１９（Ｐ２００５−２９３４１９）
【出願日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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