JP4455534B2

JP4455534B2 - 放射線検出器およびその製造方法

Info

Publication number: JP4455534B2
Application number: JP2006130406A
Authority: JP
Inventors: 弘堀内
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: US20090050817A1; KR20090007338A; EP2034335A1; WO2007129742A1; US9219176B2; KR101138038B1; JP2007303875A; EP2034335A4; EP2034335B1

Description

本発明は、間接方式の放射線検出器およびその製造方法に関する。

新世代のＸ線診断用画像検出器として、アクティブマトリクスや、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた平面形のＸ線検出器が注目を集めている。このＸ線検出器にＸ線を照射することにより、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。このＸ線検出器は、固体検出器であることから、画質性能や安定性の面においても極めて期待が大きく、多くの研究開発が進められている。

アクティブマトリクスを用いたＸ線検出器の主な用途としては、比較的大きな線量で静止画像を収集する胸部、一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下において毎秒３０フレーム以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、Ｓ／Ｎ比の改善や微小信号のリアルタイム処理技術等が重要な開発項目となっている。

また、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いたＸ線検出器の主な用途としては、大きな線量で静止画像を収集する工業用の非破壊検査や口腔内に挿入して静止画像を収集する歯科用等が近年商品化されている。このＸ線検出器では、動画用途への対応も含めて、Ｓ／Ｎ比の改善、微小信号のリアルタイム処理、Ｘ線検出器の小形化、信頼性の改善等が重要な開発項目となっている。

ところで、Ｘ線検出器は、直接方式と間接方式との２方式に大別される。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅ等の光導電膜により直接電荷信号に変換する方式である。一方、間接方式は、シンチレータ層によりＸ線を一旦可視光に変換し、可視光をａ−Ｓｉフォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等により信号電荷に変換する方式である。

従来の間接方式のＸ線検出器は、図４に示すように、光電変換基板１上に可視光を電気信号に変換する複数の光電変換素子2aを有する受光部２が形成されているとともにこの受光部２より外側に光電変換素子2aに電気的に接続されている基板側電極パッド３が形成されている。この光電変換基板１の受光部２上にはＸ線を可視光に変換するシンチレータ層４が形成され、このシンチレータ層４上には変換された可視光の利用効率を高めるための反射層５が形成されている。

この光電変換基板１が外部接続用の基台側電極パッド６を有する基台７上に固定され、基板側電極パッド３と基台側電極パッド６とが配線８で電気的に接続されている。Ｘ線検出器の信頼性を目的として、基板側電極パッド３、基台側電極パッド６および配線８が主に樹脂材料で構成される保護層９で被覆されている。また、シンチレータ層４を保護するために、シンチレータ層４および反射層５の表面を図示しない保護層で被覆したり、基台７の開口部に図示しない保護カバーを設けて基台７の内部を密封する構成が採られている。

通常、間接方式のＸ線検出器においては、構造上、シンチレータ層の特性が重要となり、入射したＸ線に対する出力信号強度を向上させるため、例えば、シンチレータ層には、ＣｓＩ等のハロゲン化合物やＧＯＳ等の酸化物系化合物等から構成される高輝度蛍光物質が用いられることが多い。さらに、一般的に高密度なシンチレータ層は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相成長法により、光電変換基板上に一様に形成されることが多い。

しかしながら、シンチレータ層に高輝度蛍光物質であるＣｓＩ等のハロゲン化合物を用いた場合、沃素等のハロゲン元素の反応性が高いため、このシンチレータ層と接触する光電変換素子や、基板側電極パッド、基台側電極パッド、およびこれらパッドを電気的に接続する配線の中の陽性元素等と反応し、これら光電変換素子等が腐食し、Ｘ線検出器の諸特性および信頼性が劣化する問題がある。

図４に示したように、基板側電極パッド３、基台側電極パッド６、およびこれらパッド３，６を電気的に接続する配線８については、保護層９で被覆することにより、腐食を防止できる。ただし、保護層９は、主に樹脂材料で構成されるため、Ｘ線吸収率がシンチレータ層４に比べて低く、Ｘ線耐性に伴う信頼性の低下に繋がるおそれがある。

一方、光電変換素子については、シンチレータ層の層間剥離を低減させることを目的とした間接方式のＸ線検出器ではあるが、光電変換基板の受光部の表面にポリイミド等の透明層を形成し、この透明層上にシンチレータ層を形成することにより、腐食を防止可能としている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１８８０８６号公報（第３頁、図１）

上述のように、光電変換基板の受光部の表面に透明層を介してシンチレータ層を形成すること、基板側電極パッド、基台側電極パッド、およびこれらパッドを電気的に接続する配線を保護層で被覆することにより、シンチレータ層と接触する光電変換素子や、基板側電極パッド、基台側電極パッド、およびこれらパッドを電気的に接続する配線の腐食を防止できる。

しかし、図４に示すように、基板側電極パッド３、基台側電極パッド６、およびこれらパッド３，６を電気的に接続する配線８を保護層９で被覆する場合、この保護層９の形成に、シンチレータ層４が形成されている受光部２と基板側電極パッド３との間に保護層９の形成に伴うクリアランスを確保する必要があるため、Ｘ線検出器の小形化もしくは受光部２の拡大に対する障害となる問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、光電変換素子や各電極パッドおよび配線を保護し、小形化もしくは受光部の拡大ができる放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の放射線検出器は、表面側に光電変換素子を有する受光部が設けられるとともにこの受光部より外側に光電変換素子と電気的に接続されている基板側電極パッドが設けられた光電変換基板と、表面側に前記光電変換基板が配置されるとともにこの光電変換基板の基板側電極パッドと電気的に接続される基台側電極パッドが配置された基台と、前記光電変換基板の基板側電極パッドと前記基台の基台側電極パッドとを電気的に接続する配線と、少なくとも前記基台の表面側に配置された光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、基台側電極パッド、および配線を一体に被覆する保護層と、この保護層の表面側であって前記光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、前記基台側電極パッド、および前記配線上に形成されたシンチレータ層とを具備しているものである。

また、本発明の放射線検出器の製造方法は、表面側に光電変換素子を有する受光部が設けられるとともにこの受光部より外側に光電変換素子と電気的に接続されている基板側電極パッドが設けられた光電変換基板を基台の表面側に配置し、光電変換基板の基板側電極パッドと基台の表面側に配置された基台側電極パッドとを配線で電気的に接続し、少なくとも基台の表面側に配置された光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、基台側電極パッド、および配線を保護層で一体に被覆し、保護層の表面側であって光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、基台側電極パッド、および配線上にシンチレータ層を形成するものである。

本発明によれば、少なくとも基台の表面側に配置された光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、基台側電極パッド、および配線を保護層で一体に被覆し、保護層の表面側であって光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、基台側電極パッド、および配線上にシンチレータ層を形成するため、受光部の光電変換素子や各電極パッドおよび配線を確実に保護でき、光電変換基板の受光部と基板側電極パッドとの距離を近付けて配置することが可能となって放射線検出器の小形化もしくは受光部の拡大ができるとともに、生産性の向上および生産コストの削減ができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１に第１の実施の形態を示す。

11は放射線検出器としてのＸ線検出器で、このＸ線検出器11は、間接方式のＸ線平面画像検出器である。このＸ線検出器11は、可視光を電気信号に変換するアクティブマトリクス光電変換基板である光電変換基板12を備えている。

光電変換基板12の表面の中央域には、可視光を電気信号に変換するフォトダイオードなどの複数の光電変換素子14が二次元的でマトリクス状に配列された受光部15が形成されている。光電変換基板12の表面の周縁域には、各光電変換素子14と電気的に接続されて各光電変換素子14によって変換された電気信号を取り出す複数の基板側電極パッド16が配列されている。

また、Ｘ線検出器11は、光電変換基板12を固定する基台18を備えている。この基台18は、例えば矩形平板状の基板配置部19およびこの基板配置部19の周縁部から表面側に突出する周壁部20を有し、基台18の表面側に開口する凹部21が形成されている。凹部21内の基板配置部19の中央域に光電変換基板12が配置されて固定されている。

凹部21内の基板配置部19の周辺域には、光電変換基板12の表面側と同等位置まで突出する突部22が形成されている。この突部22の表面側に光電変換基板12の各基板側電極パッド16と電気的に接続される複数の基台側電極パッド23が配設され、突部22から基台18の外面である裏面側に各基台側電極パッド23に電気的に接続された外部接続用の複数の電極端子24が配設されている。

光電変換基板12の各基板側電極パッド16と基台18の各基台側電極パッド23とがワイヤ等の複数の配線25によって電気的に接続されている。

また、基台18の表面側に配置された光電変換基板12の受光部15および基板側電極パッド16、基台側電極パッド23、および配線25を含む基台18の凹部21の内面全体に、それらを連続的に一体に被覆する保護層27が形成されている。この保護層27は、絶縁性、水蒸気遮断性、シンチレータ層29の発光に対する透過性、シンチレータ層29を構成する物質に対する耐腐食性を有する物質であって、ポリパラキシリレンを主成分とする有機物、もしくはダイヤモンド結晶からなる炭素結晶を主成分とする無機物が用いられている。この保護層27の形成には、光電変換基板12および基台18の凹部21の凹凸部や段差部への連続的な被膜形成が必要となるため、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相成長法やメッキ法が用いられ、特に形状一致性の高くかつ配線25の裏面側にも被膜形成が可能なように低温でのＣＶＤ法を用いることが好ましい。

また、光電変換基板12上の保護層27の表面側を含む基台18の凹部21には、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ層29が形成されている。このシンチレータ層29は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相成長法で、高輝度蛍光物質であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等のハロゲン化合物やガドリニウム硫酸化物（ＧＯＳ）等の酸化物系化合物等の蛍光体を光電変換基板12上に形成されている。

光電変換基板12の受光部15の領域に対応したシンチレータ層29の表面には、シンチレータ層29で変換された可視光の利用効率を高めるために反射層30が形成されている。

また、シンチレータ層29および反射層30の表面を覆って、保護層27と同様の物質かつ形成方法にて保護層32が形成されている。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

まず、Ｘ線検出器11のシンチレータ層29へと入射したＸ線41はこのシンチレータ層29にて可視光42に変換される。

この可視光42はシンチレータ層29を通じて光電変換基板12の受光部15の光電変換素子14に到達して電気信号に変換される。光電変換素子14で変換された電気信号は、読出動作により、基板側電極パッド16、配線25、基台側電極パッド23および電極端子24を通じて外部に出力される。

次に、Ｘ線検出器11の製造方法について説明する。

光電変換基板12を基台18の凹部21内の基板配置部19に配置して固定し、光電変換基板12の各基板側電極パッド16と基台18の各基台側電極パッド23とを複数の配線25によって電気的に接続する。

少なくとも基台18の表面側に配置された光電変換基板12の受光部15および基板側電極パッド16、基台側電極パッド23、および配線25を含む基台18の凹部21の内面全体に、それらを連続的に一体に被覆する保護層27を例えば低温でのＣＶＤ法にて形成する。

光電変換基板12上の保護層27の表面側を含む基台18の凹部21にシンチレータ層29を形成し、シンチレータ層29の表面側に反射層30、保護層32を順に形成する。

このように構成されたＸ線検出器11では、少なくとも基台18の表面側に配置された光電変換基板12の受光部15および基板側電極パッド16、基台側電極パッド23、および配線25を保護層27で連続的で一体に被覆するため、保護層27によってシンチレータ層29と受光部15の光電変換素子14や各電極パッド16，23および配線25とが直接接触せず、シンチレータ層29に高輝度蛍光物質であるＣｓＩ等のハロゲン化合物を用いた場合においても、それら受光部15の光電変換素子14や各電極パッド16，23および配線25の腐食を確実に防止でき、Ｘ線検出器11の信頼性を向上できる。そのため、光電変換基板12の受光部15および基板側電極パッド16、基台側電極パッド23、および配線25上にシンチレータ層29を形成することができ、Ｘ線検出器11の生産性の向上と生産コスト削減とが可能となる。

また、基台18の表面側に配置された光電変換基板12の受光部15および基板側電極パッド16、基台側電極パッド23、および配線25を保護層27で連続的で一体に被覆するため、光電変換基板12の受光部15と基板側電極パッド16との距離を近付けて配置することが可能となり、小形化もしくは同外形サイズでの受光部15の拡大ができる。

さらに、光電変換基板12の表面に保護層27が形成されるため、光電変換基板12の表面の平坦性の改善やシンチレータ層29のリペア性の改善が可能となり、かつシンチレータ層29が保護層27を介して光電変換基板12と接触する構造となることから、光電変換基板12とシンチレータ層29との熱膨張係数差に起因する応力を緩和することも可能となる。

そして、例えば、光電変換基板12の撮像素子をＣＣＤ、光電変換基板12上の基板側電極パッド16の材質をＡｌ、基台18の材料をセラミック、基台18上の基台側電極パッド23の材料をＡｕ、光電変換基板12の基板側電極パッド16と基台18の基台側電極パッド23とを電気的に接続する配線25の材質をＡｕ、保護層27の構成物質をポリパラキシリレン、保護層27の形成方法をＣＶＤ法、保護層27の膜厚を１μｍ、シンチレータ層29の高輝度蛍光物質をＣｓＩ（Ｔｌドープ）とすると、少なくとも基台18の表面側に配置された光電変換基板12の受光部15および基板側電極パッド16、基台側電極パッド23、および配線25が、保護層27で連続的で一体に被覆され、シンチレータ層29と受光部15の光電変換素子14や各電極パッド16，23および配線25とが直接接触しない構造となるため、Ｘ線検出器11の信頼性の向上、小形化、生産性の向上および生産コストの低減が可能となる。

また、図２の第２の実施の形態を示すように、第１の実施の形態のＸ線検出器11の保護層32に代えて、基台18の凹部21の開口部を閉塞する保護カバー51を設けて凹部21内を密閉することにより、シンチレータ層29を保護できる。

また、図３の第３の実施の形態に示すように、第１の実施の形態のＸ線検出器11の保護層32に加えて、基台18の凹部21の開口部を閉塞する保護カバー51を設けて凹部21内を密閉することにより、保護層32と保護カバー51との相乗作用でシンチレータ層29をより確実に保護できる。

なお、Ｘ線41を検出するＸ線検出器11について説明したが、他の放射線を検出する放射線検出器についても同様に適用できる。

本発明の第１の実施の形態を示す放射線検出器の断面図である。本発明の第２の実施の形態を示す放射線検出器の断面図である。本発明の第３の実施の形態を示す放射線検出器の断面図である。従来の放射線検出器の断面図である。

符号の説明

11 放射線検出器としてのＸ線検出器
12 光電変換基板
14 光電変換素子
15 受光部
16 基板側電極パッド
18 基台
23 基台側電極パッド
25 配線
27 保護層
29 シンチレータ層

Claims

表面側に光電変換素子を有する受光部が設けられるとともにこの受光部より外側に光電変換素子と電気的に接続されている基板側電極パッドが設けられた光電変換基板と、
表面側に前記光電変換基板が配置されるとともにこの光電変換基板の基板側電極パッドと電気的に接続される基台側電極パッドが配置された基台と、
前記光電変換基板の基板側電極パッドと前記基台の基台側電極パッドとを電気的に接続する配線と、
少なくとも前記基台の表面側に配置された光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、基台側電極パッド、および配線を一体に被覆する保護層と、
この保護層の表面側であって前記光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、前記基台側電極パッド、および前記配線上に形成されたシンチレータ層と
を具備していることを特徴とする放射線検出器。
保護層は、絶縁性、水蒸気遮断性、シンチレータ層の発光に対する透過性、シンチレータ層を構成する物質に対する耐腐食性を有する
ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
保護層は、ポリパラキシリレンを主成分とする有機物から形成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。
保護層は、炭素結晶を主成分とする無機物から形成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。
シンチレータ層は、少なくともハロゲン化合物を含む高輝度蛍光物質で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の放射線検出器。
表面側に光電変換素子を有する受光部が設けられるとともにこの受光部より外側に光電変換素子と電気的に接続されている基板側電極パッドが設けられた光電変換基板を基台の表面側に配置し、
光電変換基板の基板側電極パッドと基台の表面側に配置された基台側電極パッドとを配線で電気的に接続し、
少なくとも基台の表面側に配置された光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、基台側電極パッド、および配線を保護層で一体に被覆し、
保護層の表面側であって光電変換基板の受光部および基板側電極パッド、基台側電極パッド、および配線上にシンチレータ層を形成する
ことを特徴とする放射線検出器の製造方法。