CN112378934A - 光学芯片、探测器以及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学芯片、探测器和制作方法，光学芯片包括衬底和形成在衬底上的光学器件，还包括至少一个光学尺，设置在衬底的形成有光学器件的一侧的角部，其中，光学尺包括分别沿相邻的两侧边延伸的第一子部和第二子部，以及其中，每个子部为城垛状，每个子部中相邻的垛的高度不同。本发明提供的实施例通过在光学芯片的衬底的角部设置包括城垛状的第一子部和第二子部的光学尺并设置光学尺的相邻垛的高度不同，从而能够在利用该光学尺贴装光学芯片，进而简化贴装对准过程并实现高精度的贴装对准，具有广泛的应用前景。

Description

光学芯片、探测器以及制作方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种光学芯片、探测器以及制作方法。

背景技术

X射线探测器被广泛应用于医疗、安检、工业检测等领域，其中工业检测包括如食品/药品检测、烟草检测、矿石分选、金属探伤等具体领域，通过将射线源发出的射线在穿透被检目标后对包含被检目标信息的射线进行射线到光的转换，以及光电转换来重建图像，从而获取被检目标的信息。

如图1所示，以应用于医疗领域的探测器为例，射线源101和探测器103安装在机架上。射线源1释放的X射线穿透被检目标102后，被探测器103接收。探测器103附近的或者安装于探测器上的准直器201将大多数散射线吸收，携带被检目标信息的X射线被探测器103上的闪烁体202吸收，闪烁体202将X射线转换成光信号，被下方的光学芯片203中的光电二极管阵列吸收并转换为电荷信号，电荷信号进而通过电路板204上的电荷处理芯片转换成电压信号或者数字信号并送给数据采集及处理***，进而重建被检目标图像并最终完成检查任务。

医疗CT探测器图像的清晰度直接关系到被检目标（常常是人或者物体）的病灶是否能被有效检出。而探测器的组装精度直接关系到最终的重建图像质量，往往医疗CT探测器各个组装部件之间的对齐精度要求<30μm，高端应用要求<20μm，这就对探测器各个部件的组装精度提出了很高的要求。类似地，在工业及安检领域，对以上对其精度的要求通常也要<50μm。

因此，在CT探测器组装过程中，探测器的光学芯片与电路基板之间的组装是第一个要求高精度组装的子部件，其过程是先在探测器基板上涂刷胶粘剂，然后将光学感光芯片放置在基板上。放置过程有两种办法，一种是通过价格高昂的贴装设备通过吸取光学感光芯片然后放置在施胶后的基板上进行贴装，这种方式适合于成本不敏感的产品或者生产量巨大的产品；另一种办法是通过手工加工装卡具的方式进行贴装，这种方式适合于成本敏感的产品或者生产量适中的产品，这种方式的不利之处是贴装精度不高，因为在贴装卡具与被贴装物接触的过程中，容易受到人为干扰，而对被贴装物形成作用力，而使得光学芯片位置发生变化，需要通过光学显微镜进行测量并按照偏移值进行调整，然后再进行测量，往往需要经过几轮循环反复，生产效率大打折扣。

发明内容

为了解决上述问题至少之一，本发明第一个方面提供一种光学芯片，包括衬底和形成在衬底上的光学器件，还包括

至少一个光学尺，设置在衬底的形成有光学器件的一侧的角部，

其中，光学尺包括分别沿相邻的两侧边延伸的第一子部和第二子部，以及

其中，每个子部为城垛状，每个子部中相邻的垛的高度不同。

在一些可选的实施例中，每个子部的垛的高度由中间向两边逐渐递减。

在一些可选的实施例中，包括三个或四个光学尺。

在一些可选的实施例中，垛和垛口的宽度分别小于等于第一阈值。

在一些可选的实施例中，光学器件包括在衬底上层叠设置的器件层和金属布线层，光学尺与金属布线层同层设置。

本发明的第二个方面提供一种探测器，包括在电路基板上设置的至少一个如第一方面所述的光学芯片，

其中，在电路基板上设置有多个对准标记，在垂直于电路基板的方向对准标记覆盖衬底的角部，在将光学芯片贴装在电路基板时，用于与所光学尺进行对准。

在一些可选的实施例中，对准标记为矩形、十字形或者凸字形的金属层。

在一些可选的实施例中，对准标记为形成在电路基板上的金属层中的开口。

本发明的第三个方面提供一种如第二方面所述的探测器的制作方法，包括：基于光学尺的第一子部和第二子部中的高度最高的垛，将对准标记与光学尺对准。

在一些可选的实施例中，

对准标记为矩形的金属层，基于光学尺的第一子部和第二子部中的高度最高的垛，将对准标记与光学尺对准包括：

在对准标记在形成过程被正常腐蚀时，将对准标记的垂直于角部两侧的边与高度最高的垛对准；

在对准标记在形成过程被欠腐蚀时，以光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将对准标记的垂直于角部两侧的边与该垛内侧的垛口或垛对准；

在对准标记在形成过程被过腐蚀时，以光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将对准标记的垂直于角部两侧的边与该垛外侧的垛口或垛对准，或者

对准标记为形成在电路基板上的金属层中的矩形的开口，基于光学尺的第一子部和第二子部中的高度最高的垛，将对准标记与光学尺对准包括：

在对准标记在形成过程被正常腐蚀时，将对准标记的垂直于角部两侧的边与高度最高的垛对准；

在对准标记在形成过程被过腐蚀时，以所光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将对准标记的垂直于角部两侧的边与该垛内侧的垛口或垛对准；

在对准标记在形成过程被欠腐蚀时，以光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将对准标记的垂直于角部两侧的边与该垛外侧的垛口或垛对准。

本发明的有益效果如下：

本发明针对现有的问题，制定一种光学芯片、探测器以及制作方法，通过在光学芯片的角部设置光学尺，并且通过设置光学尺中分别沿角部的两侧边延伸的第一子部和第二子部为城垛状并且相邻的垛的高度不同，从而可以在对光学芯片贴装对准时，将该光学尺与电路基板上的对准标记配合，简化对准的操作过程，提高光学芯片的安装精度，从而提高了生产和检测效率，具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出现有技术中应用于医疗领域的探测器的示意性结构图。

图2示出根据本申请实施例的光学芯片的示例性俯视图。

图3示出图2中光学芯片的虚线框中的光学尺的放大视图。

图4示出根据本申请的实施例中的光学芯片与电路基板之间贴装对准效果的俯视图与主视图。

图5示出根据本申请实施例的探测器的示例性剖视图。

图6示出根据本申请实施例的对准标记的示例性俯视图。

图7示出根据本申请另一实施例的探测器的示例性剖视图。

图8示出根据本申请实施例的探测器的一个实施例的示意性俯视图。

图9示出根据本申请实施例的贴装对准方法的对准效果的示例性俯视图。

图10示出根据本申请另一实施例的贴装对准方法的对准效果的示例性俯视图。

图11示出根据本申请另一实施例的贴装对准方法的对准效果的示例性俯视图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

为了解决以上问题之一，本发明的一个实施例提供了一种光学芯片，包括衬底和形成在衬底上的光学器件，还包括

至少一个光学尺，设置在衬底的形成有光学器件的一侧的角部，

其中，光学尺包括分别沿相邻的两侧边延伸的第一子部和第二子部，以及

其中，每个子部为城垛状，每个子部中相邻的垛的高度不同。

在本实施例中，通过在光学芯片的角落位置设置光学尺，并且通过设置光学尺中分别沿衬底角部的两侧边延伸的第一子部和第二子部为城垛状并且每个子部的相邻的垛的高度不同，从而可以在对光学芯片贴装对准时，将该光学尺与电路基板上的对准标记配合，简化对准的操作过程，提高光学芯片的安装精度，从而提高了生产和检测效率，具有广泛的应用前景。

在一个具体的实施例中，如图2和图3所示，光学芯片包括衬底和形成在衬底上的光学器件301，其中，在俯视图中，光学芯片的边界即示出了衬底的范围，光学芯片包括四个光学尺302，光学尺302设置在衬底上的形成有光学器件301的一侧的角部，每个光学尺302包括分别沿角部的两侧边延伸的第一子部和第二子部，每个子部为城垛状并且每个子部的相邻的垛的高度不同。在本申请中，城垛状包括多个垛。

通过以上设置，使得当需要将光学芯片贴装在电路基板上时，因为每个子部中相邻的垛的高度不同，从而可以更容易区分各个垛，并更易子部中作为对准基准的垛，并用于贴装对准，简化对准过程，提高对准精度。当具有一个光学尺302时，只要规定需要进行对准的垛，或者当具有多个光学尺302时，只要将各个光学尺302中每个子部中具有相同高度的垛为对准刻度，则可以完成对准贴装，简化了芯片贴装对准的过程，并提高了对准精度。

需要说明的是，尽管图2中示出每个光学尺302的每个子部的端部连接在一起的形状，但并不旨在限制于此。光学尺302也可以在设计时拆分成图形上两个互相垂直且独立的部分，只要满足包括具有上述形状的第一子部和第二子部即可，光学尺的变形也在本专利保护范围内。

另外，进一步需要说明的是，尽管图2中的实施例包括四个光学尺302，但本申请并不旨在限制于此，光学芯片中光学尺的数量也可以是一个、两个或者三个，本领域技术人员可以根据需要选择需要设置的光学尺数量，本领域技术人员应理解，相对于一个光学尺而言，当包括更多的光学尺时，即用于对准的光学尺的数量增大，将减小贴装对准的难度并提高对准精度。

在一些可选的实施例中，如图2和图3所示，每个光学尺中的每个子部的垛的高度h由中间向两边逐渐递减。通过该设置，当需要将光学芯片进行贴装对准时，能够以高度h最高的垛为基准进行对准，对准过程将进一步变得容易。

本领域技术人员应理解，尽管图中示出了每个子部中高度最高的垛两侧对应位置的垛高度相同，且该垛两侧垛的数量相同的结构，但并不旨在限制于此，只要自高度最高的垛起向两侧高度逐渐降低即可。

具体地，垛和垛口的宽度分别小于等于第一阈值。在本申请中，当将光学尺用于贴装对准时，将以垛或者垛口为对准刻度，即，为了提高对准精度，使得人眼通过显微镜进行光学对准时，即使不能够完全对准于垛或者垛口的中心位置或者边缘位置，也可以使光学芯片的贴装满足设计的误差要求。因此本申请中，第一阈值为对光学芯片进行贴装对准时能够允许的最大误差值。例如，对于应用于医疗领域的常规探测器中的光学芯片而言，该第一阈值通常为30μm，对于应用于医疗领域的高端探测器中的光学芯片而言，该第一阈值通常为20μm，对于应用于工业安检领域的探测器中的光学芯片而言，该第一阈值通常为50μm。当然，本领域技术人员应理解，以上取值仅是示例性地，并不旨在限制第一阈值的具体取值，根据光学芯片贴装精度的可允许误差取值的要求不同，设计人员可以适当选择第一阈值的取值。

为了降低光学芯片贴装对准时人眼辨识的难度，光学尺的材料可以为金属材料，相对于光学芯片的衬底材料与将要贴装至的电路基板材料而言，金属材料对光的反射率更大，从而在显微镜的灯光下光学尺更明显，从而减小贴装对准的难度。随着技术发展，光学尺及电路基板也可以被自动贴装设备进行自动识别并通过光学尺及对准标记进行识别进而进行贴装的自动校准，此种方法也在本专利保护范围之内。

具体地，光学器件301包括在衬底上层叠设置的器件层和金属布线层，光学尺302与金属布线层同层设置。本领域技术人员应理解，光学尺302与金属布线层同层设置是指以相同的材料以同一半导体工艺形成光学尺302和金属布线层。如此设置，在进行芯片制作时，能够将金属布线与光学尺302在同一工序中同时形成，简化光学芯片的工艺步骤，降低光学芯片的制作成本。

另外，如图所示，各个光学尺302之间还形成有连接光学尺302的连接部分，该结构基于图案化多个光学尺302时模板的形状，并不旨在限制本申请。

基于同一发明构思，本申请的实施例提供了一种探测器，如图5所示，探测器包括在电路基板204上设置的至少一个如上文实施例所述的光学芯片203。探测器还包括闪烁体202和准直器204，闪烁体202设置在光学芯片203上，准直器204设置在闪烁体202上。

如图4所示，在电路基板204上设置有多个对准标记401，在垂直于电路基板204的方向对准标记401覆盖衬底的角部，从而在将光学芯片203贴装在电路基板时，对准标记401用于与光学尺302进行对准。图4中示出电路基板204上包括四个对准标记的情形，但本申请并不旨在限制于此，其数量至少与光学芯片203上的光学尺302的数量对应。为了清楚示出光学芯片的贴装效果，其中还示出了光学器件中阵列排布的像素402，在本申请中，光学器件可以为光电转换器件，同一个光电转换器件中，像素大小可根据实际需要设置为相同或者不同。光学尺的设置利用了光学芯片中闲置角落的金属层或借用了具有导电等功能的金属层，形成特定的形状并设置在角部即可达到良好的对准效果，其他结构与以上实施例相同，在此不再赘述。

在本实施例中，在光学芯片的角部设置光学尺，并且通过设置光学尺中分别沿角部的两侧边延伸的第一子部和第二子部为城垛状并且相邻的垛的高度不同，从而可以在对光学芯片贴装对准时，将该光学尺与电路基板上的对准标记配合，简化对准的操作过程，提高光学芯片的安装精度，从而提高了生产和检测效率，具有广泛的应用前景。

可选地，如图6所示，对准标记401既可以为矩形的金属层，也可以为十字形的金属层或者凸字形的金属层。具体不限，只要可以通过开口边缘与光学尺302进行对准即可。可选地，对准标记401的材料为金、镍、铜、银或者钨。优选地，对准标记不覆盖阻焊油墨来制作，不覆盖油墨的金属材料的对准标记401在显微镜下更容易被识别，从而可以进一步简化贴装对准过程，并提供贴装对准精度。

可选地，对准标记401为形成在电路基板上的金属层中的开口，金属层中的开口指的是金属层包围的蚀刻掉的图形。开口的形状可以是矩形、十字形或者凸字形等，具体不限，只要可以通过开口边缘与光学尺302进行对准即可。即，通过金属层中被腐蚀掉的开口用作与上文所述的形成为矩形、十字形或凸字形的对准标记。

同样基于同一发明构思，本申请的实施例提供了一种探测器，如图7所示，探测器包括在电路基板204上设置的至少一个如上文实施例所述的光学芯片203。探测器还包括闪烁体202，闪烁体202设置在光学芯片203上。在该实施例中，准直器可以是在探测器外部提供的分离部件，其中如图4所示，在电路基板204上设置有多个对准标记401，在垂直于电路基板204的方向对准标记401覆盖衬底的角部，从而在将光学芯片203贴装在电路基板时，对准标记401用于与光学尺203进行对准。

在本实施例中，通过在探测器中的光学芯片的角落位置设置光学尺，并且通过设置光学尺中分别沿角部的两侧边延伸的第一子部和第二子部为城垛状并且每个子部中的相邻的垛的高度不同，从而可以在对光学芯片贴装对准时，将该光学尺与电路基板上设置的对准标记配合，简化对准的操作过程，提高光学芯片的安装精度，从而提高了生产和检测效率，具有广泛的应用前景。

可选地，对准标记401既可以为矩形的金属层也可以为十字形或者凸字形的金属层，具体形状如图6中的示意。可选地，对准标记401的材料为金、镍、铜、银或者钨。优选地，对准标记不覆盖阻焊油墨来制作，不覆盖油墨的金属材料的对准标记401在显微镜下更容易被识别，从而可以进一步简化贴装对准过程，并提供贴装对准精度。

可选地，对准标记401为形成在电路基板上的金属层中的开口，金属层中的开口指的是金属层包围的蚀刻掉的图形。开口的形状可以是矩形、十字形或凸字形等，具体不限，只要可以通过开口边缘与光学尺302进行对准即可。即，通过金属层中被腐蚀掉的开口用作与上文所述的形成为矩形、十字形或凸字形的对准标记。

此外，可选地，如图8所示，探测器可以包括多个光学芯片，相邻的光学芯片可以共用对准标记401进行贴装对准。

基于同一发明构思，本申请的实施例提供了一种上文所述的探测器的制作方法，包括：基于光学尺的第一子部和第二子部中的高度最高的垛，将对准标记与光学尺对准。

在本实施例中，通过在探测器中的光学芯片的角部设置光学尺，并且通过设置光学尺中分别沿角部的两侧边延伸的第一子部和第二子部为城垛状并且每个子部中的相邻的垛的高度不同，在对光学芯片贴装对准时，通过基于具有高度最高的垛为基准，将该光学尺与对准标记配合，简化对准的操作过程，提高光学芯片的安装精度，从而提高了生产和检测效率，具有广泛的应用前景。

当对准标记为形成在衬底上的金属层时，对准标记401通常利用电路基板工艺含有离子的腐蚀液对涂覆于衬底表面的整层金属层腐蚀预定时间而形成，因此，根据腐蚀时间和腐蚀液中离子浓度等其它工艺控制参数的情况，对准标记401会出现正常腐蚀、欠腐蚀或过腐蚀三种情况。因此，在本申请实施例中利用上述光学芯片的贴装对准方法中包括以下实施例。通常，电路基板上形成的对准标记，当与设计值相比相同时，确定正常腐蚀；当小于设计值，则确定过腐蚀；如果大于设计值，则确定欠腐蚀。

如图9至图11所示的实施例为例，对准标记401为形成在衬底上的矩形金属层。

可选地，如图9所示，对准标记401在形成过程被正常腐蚀时，将对准标记401的垂直于角落两侧的边306和307与高度最高的垛对准。

可选地，如图10所示，当对准标记在形成过程被欠腐蚀时，以光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将对准标记的垂直于角落两侧的边306和307与该垛内侧的垛口或垛对准。

可选地，如图11所示，当对准标记在形成过程被过腐蚀时，以光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将对准标记的垂直于角落两侧的边306和307与该垛外侧的垛口或垛对准。

另外，尽管未在图中具体示出，本领域技术人员应理解，当对准标记为形成在电路基板上的金属层中的开口时，具体以在金属层中被腐蚀而形成的开口作为对准标记时，制作探测时，当对光学芯片进行贴装对准时将使用与对准标记为如图9至图11中的金属层的结构相反的对准方法。此处，电路基板上形成的对准标记，当与设计值相比相同时，确定正常腐蚀；当大于设计值，则确定过腐蚀；如果小于设计值，则确定欠腐蚀。

也就是，当对准标记为形成在衬底上的金属层中的矩形的开口时，基于光学尺的第一子部和第二子部中的高度最高的垛，将对准标记与光学尺对准包括：

在对准标记在形成过程被正常腐蚀时，将对准标记的垂直于角部两侧的边与高度最高的垛对准；

在对准标记在形成过程被过腐蚀时，以光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将对准标记的垂直于角部两侧的边与该垛内侧的垛口或垛对准；

在对准标记在形成过程被欠腐蚀时，以光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将对准标记的垂直于角部两侧的边与该垛外侧的垛口或垛对准。

进一步需要说明的是，尽管以上以矩形的对准标记为例进行说明，但本领域技术人员应理解，当对准标记为十字形或凸字形时，对准方式也是类似的，即，可以根据需要，参照以上矩形对准标记的原理，以光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将十字形或凸字形的垂直于角部两侧的端部的边与相应的垛或垛口对准。

本发明针对现有的问题，制定一种光学芯片、探测器以及制作方法，通过在光学芯片的角落位置设置光学尺，并且通过设置光学尺中分别沿衬底角部的两侧边延伸的第一子部和第二子部为城垛状并且每个子部的相邻的垛的高度不同，从而可以在对光学芯片贴装对准时，将该光学尺与电路基板上的对准标记配合，简化对准的操作过程，提高光学芯片的安装精度，从而提高了生产和检测效率，具有广泛的应用前景。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种光学芯片，包括衬底和形成在所述衬底上的光学器件，其特征在于，还包括：

至少一个光学尺，设置在所述衬底的形成有所述光学器件的一侧的角部，

其中，所述光学尺包括分别沿相邻的两侧边延伸的第一子部和第二子部，以及

其中，每个子部为城垛状，每个子部中相邻的垛的高度不同。

2.根据权利要求1所述的光学芯片，其特征在于，所述每个子部的垛的高度由中间向两边逐渐递减。

3.根据权利要求1所述的光学芯片，其特征在于，包括三个或四个所述光学尺。

4.根据权利要求1所述的光学芯片，其特征在于，所述垛和垛口的宽度分别小于等于第一阈值。

5.根据权利要求1所述的光学芯片，其特征在于，所述光学器件包括在所述衬底上层叠设置的器件层和金属布线层，所述光学尺与所述金属布线层同层设置。

6.一种探测器，其特征在于，包括在电路基板上设置的至少一个如权利要求1-5中任一项所述的光学芯片，

其中，在所述电路基板上设置有多个对准标记，在垂直于所述电路基板的方向所述对准标记覆盖所述衬底的角部，在将所述光学芯片贴装在所述电路基板时，用于与所述光学尺进行对准。

7.根据权利要求6所述的探测器，其特征在于，所述对准标记为矩形、十字形或者凸字形的金属层。

8.根据权利要求6所述的探测器，其特征在于，所述对准标记为形成在所述电路基板上的金属层中的开口。

9.一种如权利要求6所述的探测器的制作方法，其特征在于，包括：基于所述光学尺的第一子部和第二子部中的高度最高的垛，将所述对准标记与所述光学尺对准。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，

所述对准标记为矩形的金属层，所述基于所述光学尺的第一子部和第二子部中的高度最高的垛，将所述对准标记与所述光学尺对准包括：

在所述对准标记在形成过程被正常腐蚀时，将所述对准标记的垂直于所述角部两侧的边与高度最高的垛对准；

在所述对准标记在形成过程被欠腐蚀时，以所述光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将所述对准标记的垂直于所述角部两侧的边与该垛内侧的垛口或垛对准；

在所述对准标记在形成过程被过腐蚀时，以所述光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将所述对准标记的垂直于所述角部两侧的边与该垛外侧的垛口或垛对准，或者

所述对准标记为形成在所述电路基板上的金属层中的矩形的开口，所述基于所述光学尺的第一子部和第二子部中的高度最高的垛，将所述对准标记与所述光学尺对准包括：

在所述对准标记在形成过程被正常腐蚀时，将所述对准标记的垂直于所述角部两侧的边与高度最高的垛对准；

在所述对准标记在形成过程被过腐蚀时，以所述光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将所述对准标记的垂直于所述角部两侧的边与该垛内侧的垛口或垛对准；

在所述对准标记在形成过程被欠腐蚀时，以所述光学尺的第一子部和第二子部的高度最高的垛为基准，将所述对准标记的垂直于所述角部两侧的边与该垛外侧的垛口或垛对准。

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