一种硅光电倍增器、其封装结构及封装方法技术

本发明专利技术涉及一种硅光电倍增器(SiPM)、其封装结构及封装方法，该SiPM封装结构包括：PCB板；以及粘附于所述PCB板正面的SiPM芯片，所述SiPM芯片的背面与PCB板正面相对；其中，所述SiPM芯片的背面电极与所述PCB板上的第一导电通孔电连接，所述第一导电通孔电连接至所述PCB板的第一背面电极；所述SiPM芯片的正面电极经由导电胶与PCB板上的第二导电通孔电连接，所述第二导电通孔电连接至所述PCB板的第二背面电极；所述SiPM芯片的正面电极与PCB板第二导电通孔之间的SiPM芯片表面及侧面涂覆有绝缘树脂，使导电胶与SiPM芯片的背面电极之间电隔离；并且所述SiPM芯片正面涂覆有透明绝缘树脂。

【技术实现步骤摘要】
一种硅光电倍增器、其封装结构及封装方法
本专利技术涉及半导体器件领域，更具体地涉及一种硅光电倍增器、其封装结构及封装方法。
技术介绍
硅光电倍增器(SiPM)是一种新型的弱光探测器，是由几百到几万个尺寸为几微米到几十微米的雪崩光电二极管(AvalanchePhotoDiode：APD)单元即像素点集成在同一硅单晶上所形成的APD矩阵。其中，每一个APD单元均工作在盖革模式(Geigermode)下，并串联一个阻值约为200KΩ到1MΩ的淬灭电阻，其中淬灭电阻可以形成于SiPM表面(这种SiPM可称为表面淬灭电阻型SiPM)或者形成于SiPM的硅材料内部(这种SiPM可称为外延淬灭电阻型SiPM)。当有APD单元接收光子时，入射光子所激发出的载流子便会触发雪崩效应，其输出雪崩脉冲信号的增益可高达105～107，与光电倍增管(PMT：PhotoMultiplierTube)相比，不仅拥有单光子响应好，光探测效率高，响应速度快等传统光电倍增管的优点，而且还具有良好的单光子分辨能力以及较宽的动态范围。同时，SiPM工作偏压低，对磁场不敏感，体积小易于集成，成本低廉等优点。目前在天体物理、高能物理、生物医学等领域逐步开始取代PMT，特别在正电子发射型计算机断层显像(PositronEmissionComputedTomography,简称PET)应用中，在小动物检测中已用SiPM代替PMT做研究。除此之外SiPM还可应用于DNA检测、荧光检测和拉曼测量等应用中。在实际应用中，用于测量时要求SiPM有足够大的探测面积接收信号，而现有SiPM存在一定的缺点：现有的SiPM利用设置于APD阵列周围的电流收集铝条收集电流，当SiPM尺寸增大时，集成的APD单元数目增加，当光子打在SiPM表面不同位置时，响应APD由于距输出电极的远近不同，电信号渡越时间长短不同，影响SiPM输出的一致性，如图1所示。图1所示的SiPM中，由于各APD单元1的位置不同，当APD单元被同时激发后，电信号经由电流收集铝环2收集并传输到输出电极块7，靠近电极块7的APD单元的信号最先被电极收集，中间以及远离电极的APD单元的激发信号的响应时间则存在延时问题。另外，SiPM往往用于成像应用，需要将单个SiPM器件按四边拼接成大规模阵列，传统压焊引线的方法会造成压焊电极所在的一边有较宽的缝隙“死区”(对光信号不敏感)，由于SIPM多应用于弱光探测，在使用中，高的探测效率至关重要。因此，在SiPM的封装中，需要尽可能提高有效探测面积的占比。目前，日本滨松的MPPC器件、爱尔兰的SensL的SIPM等部分封装形式采用的是将信号汇集到器件中央，在器件中央采用光刻、干法刻蚀(或激光烧蚀)等方法打穿SiPM(参见参考文献：C.Jackson,L.Wall,K.O`Neill,et,al.Throughsiliconviadevelopmentsforsiliconphotomultipliersensors.Proc.ofSPIEVol.935993591A-2)，即采用TSV过孔硅工艺，然后采用绝缘沉淀等方法将电极引入背面，此工艺能有效提高有源区的占比，然而工艺复杂，成本较高。因此，在SiPM的封装上，有待寻求新的封装，既能够确保一定的探测面积占比，同时工艺简单，成本低廉。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的一个目的是提供一种硅光电倍增器、其封装结构及其封装方法，以基本上消除因现有技术的局限性和缺点而造成的一个或更多个问题。为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种硅光电倍增器(SiPM)封装结构，该SiPM封装结构包括：PCB板；以及粘附于所述PCB板正面的SiPM芯片，所述SiPM芯片的背面与PCB板正面相对；其中，所述SiPM芯片的背面电极与所述PCB板上的第一导电通孔电连接，所述第一导电通孔电连接至所述PCB板的第一背面电极；所述SiPM芯片的正面电极经由导电胶与PCB板上的第二导电通孔电连接，所述第二导电通孔电连接至所述PCB板的第二背面电极；所述SiPM芯片的正面电极与PCB板第二导电通孔之间的SiPM芯片表面及侧面涂覆有绝缘树脂，使导电胶与SiPM芯片的背面电极之间电隔离；并且所述SiPM芯片正面涂覆有透明绝缘树脂。进一步地，所述SiPM封装结构可以是通过对封装的SiPM芯片的阵列进行分割而形成的。。进一步地，所述SiPM芯片包括APD单元的阵列以及与各个APD单元串联的淬灭电阻，各淬灭电阻形成于所述SiPM芯片表面或者形成于所述SiPM芯片的硅材料内部。进一步地，所述SiPM芯片为SiPM阵列，所述SiPM阵列中各个SiPM的背面电极与PCB板上的同一个第一导电通孔电连接，且所述SiPM阵列中各SiPM的正面电极与PCB板上相对应的不同第二导电通孔电连接。进一步地，所述SiPM芯片的背面电极通过导电胶粘在PCB正面的第一导电板上，所述第一导电板连接所述第一导电通孔；并且所述SiPM芯片的正面电极上点涂有导电胶，所述导电胶与PCB正面的第二导电板电连接，所述第二导电板连接所述第二导电通孔。进一步地，所述SiPM包括：集成在硅片上的雪崩光电二极管APD单元阵列，每一APD单元串联有一淬灭电阻；置于所述APD阵列的行和/或列之间的金属电极条；其中，各APD单元经由金属连接线与相邻近的金属电极条电连接，且所述金属电极条通过金属连接线电连接至所述APD阵列中央的信号汇集区，所述信号汇集区与SiPM芯片的正面电极电连接。一种硅光电倍增器(SiPM)封装方法，该方法包括以下步骤：将SiPM芯片用导电胶粘附于PCB板正面，使得SiPM芯片的背面与PCB板正面相对且SiPM芯片的背面电极与所述PCB板上的第一导电通孔电连接；经由所述导电胶和PCB板上的第一导电通孔，将SiPM芯片的背面电极电连接至所述PCB板的第一背面电极；在SiPM芯片的设置有正面电极的一端的侧面和正面涂覆绝缘树脂；利用导电胶将SiPM芯片的正面电极与PCB板上的第二导电通孔电连接，所述第二导电通孔电连接至所述PCB板的第二背面电极，其中，所述绝缘树脂将导电胶与SiPM芯片的背面电极电隔离；以及在SiPM芯片表面涂覆透明绝缘树脂，作为保护层。进一步地，所封装的SiPM芯片为多个SiPM芯片的阵列，所述方法还包括以下步骤：利用划片机划片对封装的SiPM芯片的阵列进行分割。进一步地，所述SiPM芯片可包括APD单元的阵列以及与各个APD单元串联的淬灭电阻，各淬灭电阻位于所述SiPM芯片表面或者位于所述SiPM芯片的硅材料内部。进一步地，所述SiPM芯片为SiPM阵列；将SiPM芯片的背面电极电连接至PCB板的第一背面电极的步骤包括：将所述SiPM阵列中各个SiPM的背面电极与PCB板上的同一个第一导电通孔电连接；利用导电胶将SiPM芯片的正面电极与PCB板上的第二导电通孔电连接的步骤包括：将所述SiPM阵列中各SiPM的正面电极与PCB板上相对应的不同第二导电通孔电连接。进一步地，所述SiPM芯片的背面电极通过导电胶粘在PCB正面的第一导电板上，所述第一导电板连接所述第一导电通孔；SiPM芯片的正面电极上点涂导电胶，且利用该导电胶与PCB正面的第二导电板电连接，所述第二导电板连接所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅光电倍增器SiPM的封装结构，其特征在于，该SiPM的封装结构包括：PCB板；以及粘附于所述PCB板正面的SiPM芯片，所述SiPM芯片的背面与PCB板正面相对；其中，所述SiPM芯片的背面电极与所述PCB板上的第一导电通孔电连接，所述第一导电通孔电连接至所述PCB板的第一背面电极；所述SiPM芯片的正面电极经由导电胶与PCB板上的第二导电通孔电连接，所述第二导电通孔电连接至所述PCB板的第二背面电极；所述SiPM芯片的正面电极与PCB板第二导电通孔之间的SiPM芯片表面及侧面涂覆有绝缘树脂，使导电胶与SiPM芯片的背面电极之间电隔离；并且所述SiPM芯片正面涂覆有透明绝缘树脂。

【技术特征摘要】
1.一种硅光电倍增器SiPM的封装结构，其特征在于，该SiPM的封装结构包括：PCB板；以及粘附于所述PCB板正面的SiPM芯片，所述SiPM芯片的背面与PCB板正面相对；其中，所述SiPM芯片的背面电极与所述PCB板上的第一导电通孔电连接，所述第一导电通孔电连接至所述PCB板的第一背面电极；所述SiPM芯片的正面电极经由导电胶与PCB板上的第二导电通孔电连接，所述第二导电通孔电连接至所述PCB板的第二背面电极，所述第二导电通孔与所述第一导电通孔位于所述PCB板的不同位置；所述SiPM芯片的正面电极与PCB板第二导电通孔之间的SiPM芯片表面及侧面涂覆有绝缘树脂，使导电胶与SiPM芯片的背面电极之间电隔离；并且所述SiPM芯片正面涂覆有透明绝缘树脂。2.根据权利要求1所述的硅光电倍增器SiPM的封装结构，其特征在于，所述SiPM封装结构是通过对封装的SiPM芯片的阵列进行分割而形成的。3.根据权利要求1或2所述的硅光电倍增器SiPM的封装结构，其特征在于：所述SiPM芯片为SiPM阵列，所述SiPM阵列中各个SiPM的背面电极与PCB板上的同一个第一导电通孔电连接，且所述SiPM阵列中各SiPM的正面电极与PCB板上相对应的不同第二导电通孔电连接。4.根据权利要求1所述的硅光电倍增器SiPM的封装结构，其特征在于：所述SiPM芯片的背面电极通过导电胶粘在PCB正面的第一导电板上，所述第一导电板连接所述第一导电通孔；并且所述SiPM芯片的正面电极上点涂有导电胶，所述导电胶与PCB正面的第二导电板电连接，所述第二导电板连接所述第二导电通孔。5.根据权利要求1所述的硅光电倍增器SiPM的封装结构，其特征在于，所述SiPM芯片包括：集成在硅片上的雪崩光电二极管APD单元阵列，每一APD单元串联有一淬灭电阻；置于所述APD阵列的行和/或列之间的金属电极条；其中，各APD单元经由金属连接线与相邻近的金属电极条电连接，且所述金属电极条通过金属连接线电连接至所述APD阵列中央的信号汇集区，所述信号汇集区与所述SiPM芯片的正面电极电连接。6.一种硅光电倍增器SiPM封装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩德俊，贾建权，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11