CN101689556A - 制造辐射探测器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造包括光敏传感器组件(1，4)、闪烁器(6)的辐射探测器的方法，闪烁器将辐射转换为光敏传感器组件(1，4)能够感测的辐射，闪烁器(6)通过粘合剂结合固定于传感器组件，传感器组件包括基底(4)和数个附加传感器(1)，每个传感器(1)具有两个面(11，12)，第一面(11)与基底结合且第二面(12)与闪烁器(6)结合。该方法在于下述操作是关联的：传感器(1)通过其第二面(12)被沉积于粘合剂膜(13)上；和传感器(1)通过其第一面(11)与基底(4)结合。
Description
背景技术
本发明涉及一种制造辐射探测器的方法，辐射探测器包括与辐射转换器相连接的光敏传感器。这种类型的探测器显著的应用用于放射医学的X射线探测：X光照相术、荧光透视法和乳房X线照相术领域，也用于无损伤探测等领域。本发明被描述为关于X射线探测器。当然，采用任何类型的探测器都能够实现本发明，由于光敏传感器不是对要探测的辐射直接敏感，因此必须在探测器的入射窗口和光敏传感器之间插入辐射转换器。
法国专利FR 2 605 166中公开了这样一种辐射探测器的实施例，其中由无定形硅光电二极管构成的传感器连接到辐射转换器上。
现将简要描述这种辐射探测器的操作和结构。
光敏传感器通常由以矩阵排列的固态光敏元件构成。光敏元件采用半导体材料制造，半导体材料通常是单晶硅(在CCD或CMOS传感器的情形中)、多晶硅或者无定形硅。光敏元件包括至少一个光电二极管、至少一个光电晶体管或至少一个光阻。这些元件被沉积于基底上，该基底通常是玻璃基底。
通常情况下，这些元件不能直接感应波长较短的辐射，例如X射线或伽玛射线。这就是为何光敏传感器要连接包括一层闪烁物质的辐射转换器的原因。这层物质在上述波长激发下具有发射出能够被传感器感应的较长波长(如可见光或近可见光)的辐射的特性。由辐射转换器发射出的光照射传感器的光敏元件，光敏元件进行光电转换并传递能够被合适电路采用的电信号。辐射转换器在下面的描述中可以被称为闪烁器。
由于较好的功能，某些碱金属卤化物或稀土金属氧硫化物系的闪烁物质被经常应用。
在碱金属卤化物中，掺杂钠或铊(取决于所期望的发射是否分别是大约400纳米或是大约550纳米)的碘化铯为人们所知，因其对X射线的强吸收和优异的荧光效应。碘化铯采用在载体上生长的细针状构造。这些针近似垂直于该载体并且局部限制朝向传感器发射的光。它们的细度确定探测器的分辨率。基于同样的原因，镧的氧硫化物或钆的氧硫化物也被广泛应用。
但是，这些闪烁物质中的一些具有不够稳定的缺点-在暴露于潮湿环境时，它们部分分解且其分解释放出朝向或远离传感器移动的化学物质，这些化学物质具有强腐蚀性。显然，碘化铯或镧的氧硫化物具有这个缺点。
对于碘化铯，其分解产生氢氧化铯Cs+OH-和自由碘I2，自由碘I2然后同碘离子结合产生I3 -的络合物。
对于镧的氧硫化物，其分解产生化学性质非常活泼的硫化氢H2S。
湿气是非常难于消除的。在执行了密封措施的条件下，周围空气中仍旧含有湿气。
在生产这些探测器时，一个重要的环节是减小最初存于探测器内及与闪烁器接触的湿气含量，并且阻止上述湿气在工作期间扩散进入传感器。
在被称作“附加闪烁器”结构的第一结构中，闪烁物质被沉积于载体上，要探测的辐射到达传感器之前必须通过该载体。然后，该组件与传感器连接在一起。
在被称作“直接沉积”结构的第二结构中，传感器作为闪烁物质的载体，因此闪烁物质直接且密切和传感器接触。然后闪烁物质被保护涂层覆盖。上述两种结构均具有其各自的优缺点。
第一结构、即附加闪烁器的一个优点是，只有在测试成功时传感器和闪烁器才会结合在一起，从而改进了整个制造的产率。
这一结构的其它优点可以通过阅读法国专利申请FR 2 831 671明确得知。
本发明的目的是改进需要附加数个小型光敏传感器的大型探测器的生产，辐射探测器采用第一结构制作。
图1a至图1d描述了生产附加组件的操作方法。
小型传感器1被单个对准并放置。密封件2被置于传感器1之间并且随后用液态粘合剂3涂敷在传感器1上。密封件2阻止粘合剂3在传感器1之间流动。多个传感器1公共的基底4借助于粘合剂3与传感器1结合在一起。密封件2的材料必须具有高粘度从而能够阻止其在传感器1之间流动。然而，该粘度必须足够低从而能够完全匹配密封件2必须填充的传感器1之间的空间的一部分。
对于粘合剂3的材料，其必须具有低至足以移动覆盖传感器1的整个表面的粘度，从而粘合整个表面。然而，粘合剂3太强的流动性会造成其延伸超过传感器1的外围的趋势。
针对这种操作，研制一种能够同时起到粘合剂2和粘合剂3作用的单一粘合剂是不可能的。这样的单一粘合剂必须协调所存在的矛盾，即其必须具有能够移动覆盖传感器1的整个表面的足够流动性从而实现完全结合，同时又具有能阻止其在传感器1之间流动的足够的粘度。
在一个辐射探测器的实施例中，接下来的操作在于，在这样制作的附加组件上沉积用于将闪烁器6结合到附加组件的一层液态粘合剂5。粘合剂5的材料必须是透光的从而不会吸收由X射线辐照闪烁器6发射出的光。粘合剂5的材料必须具有足够低的粘度从而在传感器1之间渗透并且能够完全填充前面操作中粘合剂2沉积后传感器1剩余的剩余空间。粘合剂5的材料还必须具有足够高的粘度从而不会过度地流向传感器1的外围。
为了获得好的成像质量，粘合剂5必须足够薄。原因在于由闪烁器6产生的光在被传感器1吸收前必须经过该粘合剂层。粘合剂5越薄，光被散射的越少。
液态粘合剂5选自例如硅树脂、环氧树脂和丙烯酸的粘合剂族或者任何其它族的粘合剂。液态粘合剂必须被预先沉积于要结合的两个表面中一个，或者是两个表面。为了实现成像质量和在此成像上所有点都很均匀的显著分辨率，粘合剂在其厚度上的分配剂量必须非常均匀，并且这个厚度必须是被精确控制的。
图2a至图2d描述了在制造探测器过程中所遇到的四种缺陷。这些制造缺陷导致被X射线辐照时探测器产生成像缺陷。
在图2a中，第一缺陷是粘合剂2的粘度太低的特征，粘合剂2彻底占据了传感器1之间可用的空间，并且在闪烁器6通过粘合剂5被结合时，粘合剂2和闪烁器6直接接触。第一制造缺陷导致探测器所获得的图像缺陷。在光传感器1之间的接合处到达传感器1的光的量太大，从而此处的探测器灵敏度太高。
在图2b中，第二缺陷是粘合剂2的粘度太高或者是粘合剂5的粘度太高的特征。这两种粘合剂不能够互相接触，从而在传感器1之间存在充满空气的空穴。这可能会导致来自闪烁器6的光在通过界面时，在界面处的光路的光学连续性中止。结果是，光的损失以及在这些充满空气的空穴处产生的图像太暗。
这种类型的缺陷会演化并形成图2c中所示的第三种缺陷，其中被俘获的空气体积会膨胀，造成结合界面处的脱胶。
在传感器1没有在水平面被准确对准从而产生高度差时，可以观察到图2d所示的第四缺陷。当穿过传感器1到其邻近传感器时，力学梯度会导致粘合剂5在连续性上的中断。在使得粘合剂5具有足够低的粘度以跟随力学梯度的中断的情况下，这种类型的缺陷能够被克服。然而粘合剂5太低的粘度会导致在梯度中断处的光学接触件的寿命较差。
因而，上述四种缺陷通常会导致粘合剂5的连续性上的中断和材料的缺失或空气空穴的存在，进而导致闪烁器6在光学耦合上的缺陷。在这些缺陷处，图像会过亮(第一缺陷)或者过暗(第二、第三和第四缺陷)。
面对这些缺陷，解决的方法是需要粘合剂2、3、5的粘性具有相反的属性。事实上需要粘合剂2、3和5具有足够低或足够高的粘度以实现相反的功能。
发明内容
本发明的目标是通过提供一种制造包括数个附加传感器而无在传感器之间的具体密封件的辐射探测器的方法以全面或部分地解决前面所提及的问题。
基于这个目的，本发明的主题是一种制造包括光敏传感器组件、闪烁器的辐射探测器的方法，闪烁器将辐射转换为光敏传感器组件能够感测的辐射，闪烁器通过粘合剂结合而固定于传感器组件，传感器组件包括基底和数个附加传感器，每个传感器具有两个相对的面，第一面与基底结合且第二面与闪烁器结合，特征在于下述操作是关联的：
传感器通过其第二面被沉积于一粘合剂膜上；
传感器通过其第一面与基底结合。
附图说明
在阅读以示例给出的实施例的详细说明后，会更易于理解本发明且本发明的其它优点将显而易见，该说明以附图进行描述，在附图中：
-图1a至图1d示出制造辐射探测器的已知方法；
-图2a至图2d示出由使用图1a至图1d所描述的方法引起的各种缺陷；
-图3a至图3d示出了执行本发明方法的第一可选方式；
-图4a至图4c示出了执行本发明方法的第二可选方式；
-图5a至图5c示出了执行本发明方法的第三可选方式；和
-图6a至图6d示出了执行本发明方法的第四可选方式。
具体实施方式
为了清楚起见，不同图中的相同元件具有相同的附图标记。
图1a至图1d和图2a至图2d已经在前面描述过。
图3a示出了制造包括数个光敏传感器1的辐射探测器的方法的第一步，光敏传感器1有利地包括形成在无定硅晶片上的矩阵形式的光电二极管或TFT形式的光电晶体管。图3a仅示出了2个传感器1，当然对于较大数量的附加传感器1，同样可以实现本发明。每个传感器1均具有两个相对的面11和12。依照本发明的方法的第一步在于将传感器1通过它们的面12沉积于粘合剂膜13上。粘合剂膜13被用作将传感器沉积并结合其上的基准面。这就能够改进各个传感器1的面12的对准。
方法的第二步在于将传感器1通过它们的面11结合于基底4。图3b和3c阐明了该步骤。在第二步的第一阶段，液态粘合剂16沉积于传感器1的面11上和隔开传感器1的空隙15中。选用低粘度粘合剂16从而能全部填充由于放置传感器所余下的空间，特别是空隙15。在第二阶段，传感器1和基底4通过液态粘合剂16结合在一起。膜13阻止液态粘合剂16从空隙15中流出。粘合剂膜13作为基准面的作用也使得传感器1和基底4之间的空间被粘合剂16恰当地填充。显然，粘合剂膜13确保空隙15被恰当地密封，使得液态粘合剂16被包含在空隙15中，尤其使得液态粘合剂16在面11上不能在粘合剂膜13和传感器1之间滑动。不再需要使用图1a至图1d中所描述的密封件2。
这个空间必须被恰当地填充，以便获得传感器1和基底4之间的空间连续性和均匀的光学结合。探测器正确的运作需要空间连续性和穿过基底4的均匀照度(照度没有示出)，为了探测器正确的运作，这样的填充是必要的。
图3d阐明了方法的第三步，在于将闪烁器6通过粘合剂膜13结合到传感器1的面12。
在方法的第一步中，为了防止气泡俘获在粘合剂膜13和传感器1之间，传感器1在真空中或被层压对准并沉积于粘合剂膜13上。由于其可延伸的性质及恒定的厚度，粘合剂膜13在组件被附加后提供了一个完全平坦的表面，并且为光学结合闪烁器6提供了一个没有缺陷的平坦表面。
在第二步之前执行第一步的事实确保了各个传感器1的面12之间好的平坦度。
图4a至图4c阐明了第二步的变型，其在于在传感器1的外围设置了保持液态粘合剂16的环20。得益于这个环20，使得可能采用粘度非常低的粘合剂16以确保空隙15被恰当地填充、同时阻止粘合剂16溢出传感器1的外围。除了在传感器1的外围保持粘合剂16，环20还能够加固由传感器1和粘合剂膜13形成的组件。
图4a阐明了第二步的第一阶段，在此期间液态粘合剂16被沉积。图4b阐明了第二阶段，在此期间传感器1和基底4被结合在一起。图4c阐明了方法的第三步，在此期间借助于粘合剂膜13，闪烁器6和传感器1的面12结合在一起。
图5a至图5c阐明了本发明方法的变型，其中采用第二粘合剂膜25取代液态粘合剂16来将传感器1和基底4结合。在图5a中，粘合剂膜25沉积于基底4上。在图5b中，由传感器1和膜13形成的组件与基底4结合。在图5c中，闪烁器6通过粘合剂膜13与传感器1的面12结合。
在这个实施例中，能够采用粘合度非常低的液态粘合剂填充空隙15以确保闪烁器6和各个传感器1之间良好的光学连续性。
图6a至图6d阐明了本发明方法的另一变型，其中在传感器1和基底4结合之前，通过粘合剂膜13将闪烁器6和传感器1的第二面12结合。
在图6a中，粘合剂膜13沉积于闪烁器6上。在图6b中，传感器1和闪烁器6通过粘合剂膜13结合。在图6c中，由传感器1和闪烁器6形成的组件通过粘合剂膜25与基底4结合。在图6d中，利用粘度非常低的液态粘合剂填充空隙15。
当然，可以采用如图3和图4中示出的粘合剂16代替采用粘合剂膜25来结合传感器1。
粘合剂膜13和25可以是两个可剥离的保护膜之间可用的未处理的透明粘合剂。粘合剂膜13和25可以是两侧均被粘合剂层覆盖的透明膜，粘合剂层本身也被保护膜保护。如下面的描述，粘合剂膜13和25也可以是热熔膜，在进行热处理后产生粘性。
有益的是，粘合剂膜13和25在室温下不会粘合。这使得在实际执行与粘合剂膜13和25的粘结之前，可以相对于传感器1更容易地放置闪烁器6和基底4。如果闪烁器包括钆的氧硫化物，那么在室温下不粘合还具有其它的优点。原因在于，基于碘化铯的闪烁器的针状结构能够消除当传感器1和闪烁器6放置在一起时被俘获在它们之间的空气。然而，在针状结构的情形中，基于钆的氧硫化物的闪烁器使用了使闪烁器表面平坦的塑料类粘合剂，那么无法消除处于传感器1和闪烁器6之间被俘获的空气。因而，在实际利用粘合剂膜13执行结合之前闪烁器6相对于传感器1放置时，粘合剂膜13和25在室温下的不粘合能够消除传感器1和闪烁器6之间被俘获的空气。
有益的是，粘合剂膜13是热熔膜。换句话说，一旦传感器1、粘合剂膜13和闪烁器6相对于彼此放置，那么通过升高由传感器1、粘合剂膜13和闪烁器6形成的组件的温度来通过粘合剂膜13执行结合。
有益的是，粘合剂膜13包括聚乙烯或聚丙烯或聚氨酯或聚酰胺或聚乙烯基丁缩醛或乙烯/乙烯基乙酸酯。
有益的是，粘合剂膜13的厚度在20到40μm之间。这个厚度小于采用已知的可获得的液态或凝胶光学粘合剂的方法所可能获得的厚度。例如利用丝网印刷来尽可能均匀地沉积粘合剂。该实施方法在实践中不能获得小于40μm厚度的粘合剂均匀层，40μm的厚度能够实现闪烁器的光学耦合功能。相反地，采用层压方法能够获得完全可控至25μm厚度的粘合剂膜。
Claims (13)
1、一种制造包括光敏传感器组件(1，4)、闪烁器(6)的辐射探测器的方法，闪烁器将辐射转换为光敏传感器组件能够感测的辐射，闪烁器(6)通过粘合剂结合固定于传感器组件(1，4)，传感器组件包括基底(4)和数个附加传感器(1)，每个传感器(1)具有两个相对的面(11，12)，第一面(11)与基底结合且第二面(12)与闪烁器(6)结合，其特征在于，下述操作是关联的：
传感器(1)通过其第二面(12)沉积于粘合剂膜(13)上；和
传感器(1)通过其第一面(11)与基底(4)结合。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，粘合剂膜(13)作为将传感器(1)沉积于粘合剂膜(13)上及将两者结合时的基准平面。
3、如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，将传感器(1)与基底(4)结合的操作包括以下操作：
液态粘合剂(16)沉积于传感器(1)的第一面(11)上和将传感器(1)间隔开的空隙(15)中；和
传感器(1)和基底(4)通过液态粘合剂(16)结合在一起。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，在沉积液态粘合剂(16)前，在传感器(1)的外围设置用于保持液态粘合剂(16)的环(20)。
5、如权利要求1和2其中之一所述的方法，其特征在于，将传感器(1)与基底(4)结合的操作包括以下操作：
第二粘合剂膜(25)沉积于传感器的第一面(11)上；和
传感器(1)和基底(4)通过第二粘合剂膜(25)结合在一起。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，用液态粘合剂填充将传感器(1)间隔开的空隙(15)。
7、如前面任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，闪烁器(6)通过粘合剂膜(13)与传感器(1)的第二面(12)结合；以及在传感器(1)与基底(4)结合之前，进行闪烁器(6)的结合。
8、如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，闪烁器(6)通过粘合剂膜(13)与传感器(1)的第二面(12)结合；以及在传感器(1)与基底(4)结合之后，进行闪烁器(6)的结合。
9、如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于，光敏传感器(1)包括在无定形硅晶片上制造的矩阵形式的光电二极管或TFT类型的光电晶体管。
10、如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于，传感器(1)利用CMOS技术制造。
11、如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于，闪烁器(6)是基于钆的氧硫化物。
12、如权利要求1-10中的任一项所述的方法，其特征在于，闪烁器(6)是基于碘化铯。
13、如前面权利要求之一所述的方法，其特征在于，粘合剂膜(13，25)包括材料，所述材料选自包括聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚乙烯基丁缩醛和乙烯/乙烯基乙酸酯的组。
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