CN102449764A - 放射线检测单元 - Google Patents

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Abstract

以在并列配置多个单元的情况下能够防止产生相对于放射线的不敏感带为目的。该放射线检测单元(1)具备包含与闪烁器(3)相对配置的多个PD元件(13)以及对应于PD元件(13)排列的输出电极垫(23)的PD阵列(5)、处理来自PD元件(13)的信号的集成电路(7)、搭载PD阵列(5)以及集成电路(7)的挠性基板(9)、隔着挠性基板(9)而与PD阵列(5)相对设置且端部(11a)形成为位于PD阵列(5)的内侧的放射线屏蔽板(11)，输出电极垫(23)的排列间距比PD元件(13)短，通过挠性基板(9)在PD阵列(5)以及集成电路(7)的搭载区域之间的中间区域(A3)沿着端部(11a)弯折，从而集成电路(7)隔着放射线屏蔽板(11)而配置于PD元件(13)的相反侧。

Description

放射线检测单元
技术领域
本发明涉及检测放射线的放射线检测单元。
背景技术
一直以来，检测X射线等的放射线的装置使用于医疗用等的用途中。例如，关于下述专利文献1所记载的光电转换装置，由闪烁器对应于X射线照射而发出的荧光在光电转换元件上被光电转换，信号电荷被传送至处理IC。在闪烁器上，所入射的X射线的一部分没有被转换成荧光而发生了透过，但是，关于该光电转换装置，通过使放射线吸收材料介于配置了光电转换元件的绝缘基板与配置了IC的电路基板之间，从而成为能够防止通过了绝缘基板的X射线被照射于IC的结构。另外，来自光电转换元件的信号通过挠性电缆而被送至IC。
专利文献
专利文献1：日本特开平9-288184号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在此，在X射线CT装置等中内置放射线检测用的单元而进行使用的时候，为了增加切片(slice)数，使该单元二维并列地配置(铺砌，tiling)。然而，在将上述那样的现有的光电转换装置铺砌(tiling)于CT装置内的情况下，有必要在邻接单元的光电转换元件之间确保用于使放射线吸收材料介在并连接光电转换元件和IC的空间。因此，会有在邻接单元的光电转换元件之间容易产生相对于放射线的不敏感带区域的趋势。
因此，本发明是有鉴于该课题而悉心研究的结果，以提供一种在并列配置多个单元的情况下可以防止产生相对于放射线的不敏感带的放射线检测单元为目的。
解决课题的技术手段
为了解决上述课题，本发明的放射线检测单元具备包含与闪烁器接近配置并沿着与闪烁器相对的第1面排列的多个光电转换元件和对应于多个光电转换元件而排列于第1面的相反侧的第2面上的信号输出用的多个电极的光电转换部、处理来自多个光电转换元件的信号的信号处理电路、搭载光电转换部以及信号处理电路并电连接光电转换部的多个电极与信号处理电路之间的挠性基板、隔着挠性基板而与光电转换部的第2面相对设置且沿着第2面的方向上的端部形成为位于光电转换部的内侧的放射线屏蔽板；多个电极，第2面上的排列间距(pitch)由配线构件而比光电转换元件的排列间距短，挠性基板在光电转换部的搭载区域与信号处理电路的搭载区域之间的中间区域上沿着放射线屏蔽板的端部弯折，从而信号处理电路隔着放射线屏蔽板而配置于光电转换元件的相反侧。
根据这样的放射线检测单元，对应于放射线的入射从闪烁器射出的规定波长的光入射到光电转换部的第1面，该光由第1面上的多个光电转换元件而转换成电信号，该电信号从对应于光电转换元件且设置于第2面上的电极，经由挠性电路基板而被送至信号处理电路。此时，通过了光电转换元件的放射线由隔着挠性基板而与光电转换部相对设置的放射线屏蔽板而被屏蔽，因而能够防止对信号处理电路的不良影响。再有，因为放射线屏蔽板的端部位于光电转换部的第2面的内侧，光电转换部的第2面上的电极的排列间距比第1面上的光电转换元件的排列间距短，所以通过使挠性基板上的与光电转换部的连接范围(搭载区域)比第2面狭窄并沿着放射线屏蔽板的端部弯折挠性基板，从而不需要用于引领在光电转换部的第2面的外侧的光电转换部与信号处理电路之间的连接的空间。由此，即使在铺砌(tiling)放射线检测单元的情况下也能够防止在邻接单元的光电转换元件之间产生不敏感带。
发明的效果
根据本发明，在并列配置多个单元的情况下能够防止产生相对于放射线的不敏感带。
附图说明
图1是本发明的优选的一个实施方式所涉及的放射线检测单元的正面图。
图2(a)是从图1的PD阵列的光入射方向的相反侧看到的背面图，图2(b)是沿着(a)的PD阵列的II-II线的截面图。
图3(a)是从图1的挠性基板的电路搭载面侧看到的平面图，图3(b)是沿着(a)的挠性基板的长边方向的截面图。
图4是扩大表示图1的放射线检测单元的一部分的正面图。
图5是表示将散热盖(lid)安装于图1的放射线检测单元的状态的正面图。
图6是将多个放射线检测单元配置于X射线CT装置的内部的情况下的概念图。
图7是表示图1的放射线检测单元的在CT装置内的另外的配置例的正面图。
图8是表示作为本发明的变形例的放射线检测单元的主要部分的正面图。
符号的说明
1…放射线检测单元、3…闪烁器、5…PD阵列(光电转换部)、5a…光入射面(第1面)、5c…端部、7…集成电路(信号处理电路)、9…挠性基板、9B…连接器部、11…放射线屏蔽板、11a…端部、11d…角部、13…光电二极管元件(光电转换元件)、17…配线层(多层配线部)、17b…面(第2面)、23…输出电极垫(pad)、51…多层配线基板(多层配线部)、A1、A2…搭载区域、A3…中间区域。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本发明所涉及的放射线检测单元的优选的实施方式进行详细的说明。还有，在附图的说明中，将相同的符号标注于相同或者相当的部分，从而省略重复的说明。另外，各个附图是用于说明而制作的图，以特别强调说明的对象部位的方式描绘。因此，图面上的各个构件的尺寸比例并不一定与实际尺寸相一致。
图1是本发明的优选的一个实施方式所涉及的放射线检测单元1的正面图。该放射线检测单元被安装于使用了X射线等的放射线的CT装置的内部并构成放射线检测装置的一部分。
如同图所示，放射线检测单元1是经由相对于来自闪烁器3的荧光光学性地透明的光学耦合剂而与闪烁器3光学性地连接并接近配置从而进行使用的单元，具备作为光电转换部的光电二极管阵列(以下称之为PD阵列)5、作为处理来自PD阵列5的信号的信号处理电路的集成电路7、作为搭载PD阵列5以及集成电路7的可挠性电路基板的挠性基板(FPC：Flexible Print Circuit Board)9、放射线屏蔽板11。经由光学耦合剂而与放射线检测单元1接近配置的闪烁器3是将从其相对面3a的相反侧的放射线入射面3b入射的X射线等的放射线转换成规定波长的光并从相对面3a射出的板状构件。对于闪烁器3来说，例如使用掺杂TI的CsI，CsI具有多根针状结晶(柱状结晶)林立的构造。还有，在以下的说明中，将垂直于放射线入射面3b的方向作为Z轴方向，将平行于放射线入射面3b的方向作为X轴方向以及Y轴方向。
PD阵列5经由光学耦合剂而与闪烁器3接近配置，由光电转换将从闪烁器3射出的光线转换成电信号并输出。该PD阵列5通过挠性基板9而被电连接于集成电路7，集成电路7接受来自PD阵列5的电信号并对该电信号施以AD转换处理、放大处理以及多重化处理等。另外，放射线屏蔽板11是由铅、钨等形成的板状构件，为了以在Z轴方向上透过闪烁器3以及PD阵列5而透出来的X射线不入射到集成电路7的方式进行屏蔽，将挠性基板9夹持于PD阵列5与集成电路7之间进行设置。
接着，对PD阵列5的结构进行详细的说明。在图2中，(a)是从图1的PD阵列5的光入射方向的相反侧看到的背面图，(b)是沿着(a)的PD阵列5的II-II线的截面图。
PD阵列芯片15，在第1导电类型的半导体基板的一个表面5b上形成有在X轴以及Y轴方向上二维状地排列的多个第2导电类型杂质层，由第1导电类型半导体基板和第2导电类型杂质层构成光电转换元件。含有这样的光电转换元件的PD阵列5由内置作为沿着与闪烁器3相对的面5a而在X轴以及Y轴方向上二维状地排列的光电转换元件的光电二极管元件13的PD阵列芯片15和层叠于该PD阵列芯片15的面5a的相反侧的面5b上的配线层(多层配线部)17所构成。
在PD阵列芯片15上沿着X轴方向以规定长L1的排列间距排列有背面入射型的光电二极管元件13，在面5b上，对应于各个光电二极管元件13的位置，设置有形成为光电二极管元件13的阳极的第2导电类型杂质层14和连接于光电二极管元件13的阳极的输出电极19。这些输出电极19作为由各个光电二极管元件13生成的电信号的输出用而以沿着X轴方向的排列间距L1的间隔配设。
配线层17是由形成于PD阵列芯片15的面5b上的二氧化硅(SiO2)等构成的多层绝缘膜，在其内部形成有电连接于PD阵列芯片15的多个输出电极19的配线部21。具体来说，该配线部21，从配线层17的PD阵列芯片15侧的面17a上的与输出电极19的接合部位直到配线层17的面17a的相反侧的面17b上为止，由层叠构造而排列形成，在面17b上电连接于输出电极垫(pad)23。该配线部21，随着从面17a朝向面17b，在从沿着面5b上的输出电极19的排列方向(X轴方向)的端部5c朝着面5b的中央部的方向(+X方向)上，逐渐地错开形成。由此，面17b上的输出电极垫23的X轴方向的排列间距设定为比长度L1短的长度L2，并且，最接近于端部5c的输出电极垫23的位置被设定于比PD阵列芯片15的面5b上的输出电极19更加靠近面5b上的中央部。即，该配线层17是用于转换PD阵列芯片15的输出电极19的排列间距的构件。
在图3中，(a)是从挠性基板9的电路搭载面侧看到的平面图，(b)是沿着(a)的挠性基板9的长边方向的截面图。
如图3(a)所示，挠性基板9具有搭载PD阵列5以及集成电路7的电路搭载部9A和一体地形成于该电路搭载部9A的两侧的2个连接器部9B。电路搭载部9A具有用于将PD阵列5搭载于电路搭载面的中央部的矩形状的区域A1，在沿挠性基板9的长边方向夹着该区域A1的两侧，具有用于搭载集成电路7的2个矩形状的区域A2。在这些区域A1以及区域A2上分别设置有用于与PD阵列5的输出电极垫23以及集成电路7相连接的电极垫25以及电极垫27。再有，电路搭载部9A在区域A1与2个区域A2之间分别具有中间区域A3。另外，连接器部9B被一体地形成于电路搭载部9A的2个区域A2的外侧，具有用于使集成电路7与外部相连接的作用。
参照图3(b)，挠性基板9，整体上说，将在作为由聚酰亚胺等构成的绝缘层的2枚基底薄膜29A、29B的两个面上形成铜箔等的金属层31A、31B、31C、31D、进而使用粘结剂并由覆盖薄膜33涂布的结构，层叠2层而构成。具体来说，在层叠有金属层31A、31D以及覆盖薄膜33的基底薄膜29A上的相当于电路搭载部9A的范围内，接合层叠有金属层31B、31C以及覆盖薄膜33的基底薄膜29B。再有，以覆盖基底薄膜29B的电路搭载面侧的金属层31C的方式涂布作为绝缘膜的阻焊剂(solder resist)35。
在此，基底薄膜29B上的金属层31C在对应于区域A1以及区域A2的部位上分离成3大部分而形成。各个金属层31C以兼有对应的区域A1以及区域A2内的电极垫25或者电极垫27的配线图案的方式各自独立地连接。再有，金属层31C相对于同样兼有配线图案的金属层31B，由没有图示的短接通孔(short via hole)进行连接，从而作为连接电极垫25与电极垫27之间、换言之连接PD阵列5的输出电极垫23与集成电路7之间的配线图案发挥功能。另外，基底薄膜29A上的金属层31A经由短接通孔而连接于金属层31B，从而形成用于连接电极垫27和设置于连接器部9B的前端的连接器端子37的配线图案。
还有，在挠性基板9的相当于中间区域A3的部位上，金属层31C以及覆盖薄膜33的一部分没有被层叠，2层的覆盖薄膜33之间的粘结剂也被除外。由此，挠性基板9的中间区域A3的厚度以比区域A1以及区域A2的厚度薄的方式形成。另一方面，在挠性基板9的两个面的相当于中间区域A3的部位上，形成有由银(Ag)等构成的电磁屏蔽膜39。这样的电磁屏蔽膜39可以通过金属蒸镀形成，也可以通过膏体状金属的涂布形成。该电磁屏蔽膜39可以由所对应的图案的金属层31C而被连接于某个基准电位，从而实现电磁屏蔽的功能。
返回到图1，在上述那样的结构的挠性基板9的区域A1上，在由焊料或金(Au)等的凸块材料(bump material)41连接输出电极垫23和电极垫25的状态下，搭载有PD阵列5。另外，在挠性基板9的2个区域A2上，在由凸块材料(bump material)43连接集成电路7和电极垫27的状态下，搭载有集成电路7。再有，放射线屏蔽板11以隔着挠性基板9而与PD阵列5的面5b(图2(b))相对的方式与挠性基板9接近设置。而且，搭载了PD阵列5以及集成电路7的挠性基板9通过沿着放射线屏蔽板11的X轴方向的两端部11a弯折相当于其中间区域A3的部分，从而覆盖放射线屏蔽板11的从PD阵列5侧的面11b到其相反侧的面11c。由此，集成电路7，从沿着Z轴方向的方向看时，隔着放射线屏蔽板11而配置于PD阵列5的相反侧。
在此，挠性基板9的区域A1的沿着X轴方向的宽度被设定为小于PD阵列5的宽度。另外，伴随于此，放射线屏蔽板11的沿着X轴方向的宽度也被形成为小于PD阵列5的宽度，放射线屏蔽板11的两端部11a相比于PD阵列5的两端部5c更位于PD阵列5的面5b的内侧。其结果，如图4所示，在沿着放射线屏蔽板11的端部11a弯折挠性基板9的情况下，挠性基板9不会从PD阵列5的端部5c露出至外侧。这样的区域A1的缩小由取决于形成于PD阵列5的配线层17的输出电极垫23的排列间距的转换功能而实现。另外，在放射线屏蔽板11的端部11a上，对沿着Y轴方向的角部11d，沿着挠性基板9的中间区域A3施以倒角加工。这样的倒角加工可以是直线切割角部11d的C倒角，也可以是以附有圆形的曲面进行切割的R倒角。
返回到图1，挠性基板9，将包含通过PD阵列5的面5b的中心的垂线的平行于YZ平面的面P1作为基准，具有大致面对称的形状。其结果，2个集成电路7被配置于相对于面P1大致对称的位置上，2个连接器部9B的连接器端子37以从对应的各个集成电路7的区域A2起的沿着挠性基板9的距离成为大致等距离的方式进行定位。
对以上说明的放射线检测单元1的组装的顺序进行说明。
首先，使用树脂等的粘结剂使放射线屏蔽板11粘结于挠性基板9的电路搭载面的相反侧的面，并使粘结剂固化。之后，由凸块连接将PD阵列5搭载于挠性基板9的区域A1。接着，由凸块连接将2个集成电路7搭载于挠性基板9的2个区域A2。然后，将树脂等的粘结剂涂布于放射线屏蔽板11的PD阵列5的相反侧的面11c。再有，在中间区域A3朝着放射线屏蔽板11的面11c弯折挠性基板9并与面11c相接合，使粘结剂固化。之后，将底填充材料注入到挠性基板9与PD阵列5以及集成电路7的凸块连接部分并使之固化。接着，在将挠性基板9的连接器部9B的前端插入到FPC用连接器45之后，将闪烁器3固定于PD阵列5的光入射面5a侧。最后，进行特性检查以及外观检查并完成放射线检测单元1的组装。
在将如上所述组装的放射线检测单元1配置于CT装置内的时候，如图5所示，可以将以经由散热脂(grease)进行接合并覆盖放射线检测单元1的方式固定的金属制的散热盖(lid)47设置于PD阵列5的端部以及集成电路7的表面。该散热盖47是用于集成电路7的散热且为了在CT装置内对放射线检测单元1进行定位而设置的。
根据以上说明的放射线检测单元1，对应于X射线等的放射线的入射而从闪烁器3射出的规定波长的光入射到PD阵列5的面5a，该光被面5a上的多个光电二极管元件13转换成电信号，该电信号从对应于光电二极管元件13而设置于面17b上的输出电极垫23经由挠性基板9而被送至集成电路7。此时，通过了光电二极管元件13的放射线被隔着挠性基板9而与PD阵列5相对设置的放射线屏蔽板11所屏蔽，从而能够防止对集成电路7的误动作和故障等的不良影响。再有，放射线屏蔽板11的端部11a位于PD阵列5的面17b的内侧，PD阵列5的面17b上的输出电极垫23的排列间距比面5a上的光电二极管元件13的排列间距短，所以通过使挠性基板9上的与PD阵列5的连接范围(搭载区域)比面17b更为狭窄并沿着放射线屏蔽板11的端部11a弯折挠性基板9，从而不需要用于引领在PD阵列5的面17b的外侧的PD阵列5与集成电路7之间的连接的空间。由此，即使在铺砌放射线检测单元1的情况下也能够防止在邻接单元的光电转换元件之间产生不敏感带。
例如，在图6中表示在将多个放射线检测单元1配置于X射线CT装置的内部的情况下的概念图。配置于X射线CT装置的内部的机架(gantry)以沿箭头方向在被检测体A的周围旋转的方式构成。在该机架的一部分上固定有朝着被检测体A产生X射线的X射线发生装置B。另外，在机架的X射线发生装置B的相反侧，使用没有图示的安装基座固定多个放射线检测单元1。在此情况下，多个放射线检测单元1在通道方向以及切片方向上二维排列而进行铺砌，但是，因为邻接单元的受光区域之间没有间隙，所以死区(dead area)无比小。
另外，在挠性基板9的中间区域A3形成有电磁屏蔽膜39，所以在铺砌多个放射线检测单元1的情况下，能够减少来自邻接单元的电磁噪声对集成电路7的影响，从而能够防止集成电路7的动作出错。
再有，因为放射线屏蔽板11的端部11a在沿着挠性基板9的中间区域A3的角部11d上被施以倒角加工，所以通过防止在挠性基板9的中间区域A3的构造上的劣化等从而能够提高耐久性。
再有，在挠性基板9上2个集成电路7被搭载于相对于通过PD阵列5的面5b的中心的面P1大致对称的位置上，因为连接器部9B的连接器端子37位于距2个集成电路7的搭载区域大致等距离的位置，所以能够使从光电二极管元件13到经由集成电路7的连接器端子37为止的配线路径的长度均一化，配线容量也能够均一化，所以可以使输出信号稳定化。
再有，挠性基板9，因为中间区域A3的厚度被形成为比PD阵列5的搭载区域A1以及集成电路7的搭载区域A2的厚度薄，所以能够在中间区域A3容易地弯折挠性基板9，并能够维持搭载区域A1、A2的强度。
还有，本发明并不限定于以上所述的实施方式。在放射线检测单元1上固定有散热盖，但是，也可以使相对于CT装置的定位构件持有散热盖的功能。例如，如图7所示，也可以通过相对于预先固定于CT装置的散热盖49安装多个放射线检测单元1，从而对放射线检测单元1进行定位。另外，也可以取代将电磁屏蔽膜设置于挠性基板9而将电磁屏蔽膜设置于散热盖49。
另外，在PD阵列5上预先形成有配线层17，但是，也可以准备电极间距转换用的别的构件并使其与PD阵列5相连接。例如，如图8所示，可以对PD阵列芯片15的面5b上的输出电极19和作为与PD阵列芯片15不同的别的构件的多层配线基板51的一个面51a进行凸块连接，进而，对多层配线基板51的另一个面51b和挠性基板9进行凸块连接。在该多层配线基板51上的面51a与面51b之间形成有转换电极间距的配线部53。
在此，优选，在光电转换部上，作为配线构件，在第2面上设置有用于转换多个电极的排列间距的多层配线部。在此情况下，能够容易地实现光电转换部与挠性基板的连接。
另外，优选，在挠性基板的中间区域上形成有电磁屏蔽膜。如果采用该结构，那么在铺砌多个放射线检测单元的情况下，能够降低来自邻接单元的电磁噪声对信号处理电路的影响。
再有，优选，放射线屏蔽板的端部在沿着挠性基板的中间区域的角部上被施以倒角加工。如果这样做，那么通过防止在挠性基板的中间区域A3的劣化等从而能够提高耐久性。
再有，优选，在挠性基板上，在相对于第2面的中心线大致对称的位置上搭载有2个信号处理电路，并连接有位于距2个信号处理电路的搭载区域大致等距离的位置的连接器部。在此情况下，能够使从光电转换元件到经由信号处理电路的连接器部为止的配线路径的长度均一化，配线容量也能够均一化。
再有，优选，挠性基板，中间区域的厚度被形成为比光电转换部的搭载区域以及信号处理电路的搭载区域的厚度薄。如果使用该挠性基板，那么能够在中间区域容易地弯折挠性基板，并能够维持搭载区域的强度。
产业上的利用可能性
本发明将放射线检测单元作为使用用途，能够在并列配置多个单元的情况下防止产生相对于放射线的不敏感带。

Claims (6)

1.一种放射线检测单元，其特征在于，
具备：
光电转换部，包含与闪烁器接近配置并沿着与所述闪烁器相对的第1面排列的多个光电转换元件以及对应于所述多个光电转换元件而排列于所述第1面的相反侧的第2面上的信号输出用的多个电极；
信号处理电路，处理来自所述多个光电转换元件的信号；
挠性基板，搭载所述光电转换部以及所述信号处理电路，并电连接所述光电转换部的所述多个电极与所述信号处理电路之间；以及
放射线屏蔽板，隔着所述挠性基板而与所述光电转换部的第2面相对设置且沿着所述第2面的方向上的端部形成为位于所述光电转换部的内侧，
所述多个电极的所述第2面上的排列间距由配线构件而比所述光电转换元件的排列间距短，
所述挠性基板在所述光电转换部的搭载区域与所述信号处理电路的搭载区域之间的中间区域上沿着所述放射线屏蔽板的所述端部弯折，从而所述信号处理电路隔着所述放射线屏蔽板而配置于所述光电转换元件的相反侧。
2.如权利要求1所述的放射线检测单元，其特征在于，
在所述光电转换部上，作为所述配线构件，在所述第2面上设置有用于转换所述多个电极的排列间距的多层配线部。
3.如权利要求1或者2所述的放射线检测单元，其特征在于，
在所述挠性基板的所述中间区域上形成有电磁屏蔽膜。
4.如权利要求1～3中的任意一项所述的放射线检测单元，其特征在于，
所述放射线屏蔽板的所述端部在沿着所述挠性基板的所述中间区域的角部上被施以倒角加工。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的放射线检测单元，其特征在于，
在所述挠性基板上，在相对于所述第2面的中心线大致对称的位置上搭载有2个所述信号处理电路，且连接有位于距所述2个所述信号处理电路的搭载区域大致等距离的位置的连接器部。
6.如权利要求1～5中的任意一项所述的放射线检测单元，其特征在于，
所述挠性基板的所述中间区域的厚度被形成为比所述光电转换部的所述搭载区域以及所述信号处理电路的所述搭载区域的厚度薄。
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