CN103293548A - 放射线检测设备 - Google Patents
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Abstract
一种放射线检测设备，其包括：传感器基板，其在第一面上具有像素阵列和与像素阵列连接的连接端子；闪烁体层，其配置于第一面侧；电路板，其配置于闪烁体层的与面对传感器基板的一侧相反的一侧；和连接部，其用于将连接端子连接至电路板。闪烁体层以覆盖像素阵列但露出连接端子的方式配置。电路板和连接部被配置于不使电路板和连接部从传感器基板的第一面的外缘突出的位置。
Description
技术领域
本发明涉及放射线检测设备。
背景技术
日本特开平9-152486号公报公开了一种放射线检测设备，其中，光电转换元件配置于传感器基板的正面侧表面，用于对光电转换元件所获得的信号进行处理的处理电路配置于传感器基板的背面侧。用于将光电转换元件连接至处理电路的柔性配线以延伸超出传感器基板的外缘的方式配置。日本特开2002-101345号公报提出了如下构造：柔性配线不被配置于传感器基板的外缘的外侧，以使放射线检测设备小型化。具体地，传感器基板设置有通孔，配置于传感器基板的正面侧的光电转换元件和配置于传感器基板的背面侧的处理电路经由该通孔彼此连接。日本特开2010-262134号公报提出了背面照射型放射线检测设备，其中入射到传感器基板的背面侧的放射线在配置于传感器基板的正面侧的闪烁体层中被转换。
发明内容
如日本特开2002-101345号公报提出的放射线检测设备那样，设置有通孔的传感器基板具有降低的强度。此外，需要进行形成通孔用的附加处理，从而增加了制造放射线检测设备所需的成本和时间。在日本特开2010-262134号公报的放射线检测设备中，闪烁体层覆盖整个传感器基板，并且如日本特开平9-152486号公报那样，柔性配线以延伸超出传感器基板的外缘的方式配置，这使得放射线检测设备未能充分小型化。本发明的一个方面提供在维持传感器基板的强度的同时使放射线检测设备小型化的技术。
本发明的方面提供一种放射线检测设备，其包括：传感器基板，其具有第一面和与所述第一面相反的第二面，其中，像素阵列和与所述像素阵列连接的连接端子被配置于所述第一面；闪烁体层，其配置于所述传感器基板的第一面侧并且将入射到所述传感器基板的第二面侧的放射线转换为波长能够被所述像素阵列检测到的光；电路板，其配置于所述闪烁体层的与面对所述传感器基板的一侧相反的一侧，并且所述电路板包括用于对所述像素阵列的操作进行控制的电路；以及连接部，其用于将所述连接端子连接至所述电路板，其中，所述闪烁体层以覆盖所述像素阵列但露出所述连接端子的方式配置，所述电路板和所述连接部被配置于不使所述电路板和所述连接部从所述传感器基板的所述第一面的外缘突出的位置。
通过下面对示例性实施方式的说明（参照附图），本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
包含于说明书并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1A和图1B是示出根据本发明的第一实施方式的传感器单元的构造的示例的图。
图2A和图2B是示出根据本发明的第二实施方式的放射线检测设备的构造的示例的图。
图3A和图3B是示出根据本发明的第三实施方式的放射线检测设备的构造的示例的图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。在各实施方式中，相同的附图标记被赋予相同的部件，并且省略其重复说明。而且，实施方式可以任意变型并且可以任意组合。
现在将参照图1A和图1B说明根据本发明的第一实施方式的传感器单元100的结构的示例。如稍后所述，传感器单元100可以用作放射线检测设备的一部分。图1A是传感器单元100的平面图，图1B是沿图1A中的线A-A截取的截面图。传感器单元100可以主要包括传感器基板110、闪烁体层120、电路板130和连接部140。尽管图1A出于说明目的示出了像素阵列（pixelarray）111，但是由于像素阵列111布置在闪烁体保护层121的下方，因此像素阵列111实际上不能够被观察到。
像素阵列111形成于传感器基板110的一个面（第一面）。在下面的说明中，形成有像素阵列111的面被称作光接收面112，与光接收面112相反的面（第二面）被称作放射线入射面113。在像素阵列111中，光电转换元件被配置成一列，每个光电转换元件均用于检测光并将检测到的光转换为电信号。像素阵列111覆盖有传感器保护层114。由诸如铝等金属制成并且设置于传感器基板110的连接端子115经由导线（未示出）连接到像素阵列111。
闪烁体层120配置于传感器基板110的光接收面112侧（第一面侧）并且覆盖整个像素阵列111但使连接端子115露出。闪烁体层120将入射到传感器单元100的放射线150转换为波长能够被像素阵列111检测到的光。根据本实施方式的传感器单元100是背面照射型并且能对入射到传感器基板110的放射线入射面113侧（第二面侧）的放射线150进行检测。入射到放射线入射面113侧的放射线150最有可能在闪烁体层120的靠近像素阵列111的一侧转换为光。即，像素阵列111附近最亮。因此，与放射线入射到与放射线入射面侧相反的一侧的情形相比，散射光的量减少并由此提高了分辨率。可以用闪烁体保护层121覆盖闪烁体层120。通过用闪烁体保护层121覆盖闪烁体层120，能够保护闪烁体层120不受来自外部空气的气流流入的影响，也不会由于外部冲击而产生结构破损。
诸如IC 131和电阻器（未示出）等电路形成于电路板130。利用这些电路对像素阵列111的操作进行控制。这种控制的示例可以包括：对像素阵列111的扫描和时序（timing）的控制，以及对由像素阵列111获得的信号进行的处理的控制。电路板130配置在闪烁体层120的与面对传感器基板110的一侧相反的一侧。电路板130和连接端子115经由连接部140彼此电连接。在背面照射型传感器单元100中，连接端子115、电路板130以及连接部140配置在传感器基板110的同一侧（光接收面112侧）。这是因为，如果电路板130和连接部140配置在传感器基板110的放射线入射面113侧（第二面侧）和闪烁体层120之间，则入射的放射线150可能被电路板130和连接部140吸收。因此，可以将电路板130和连接部140配置在使它们不从传感器基板110的光接收面112的外缘（第一面的外缘）突出的位置，换言之，可以将它们配置在外缘内。还可以例如调整连接部140的长度（连接部140的连接到连接端子115的部分和连接到电路板130的部分之间的距离）以使连接部140不以从光接收面112的外缘突出的方式弯曲。如果连接部140具有高的柔性并且容易变形，那么连接部140的、既非连接到连接端子115也非连接到电路板130的部分（例如中央部分）能够利用粘合材料等被固定到传感器基板110的部件（例如闪烁体保护层121）。
传感器单元100可以进一步包括电磁屏蔽层160。电磁屏蔽层160可以被配置于电路板130和闪烁体层120之间，电磁屏蔽层160屏蔽包含于电路板130的电路所产生的电磁波，并减小对像素阵列111的操作的影响。本实施方式的电磁屏蔽层160比电路板130大但比像素阵列111小。因此不仅可以减小对像素阵列111的操作的影响，还可以实现传感器单元100的轻量化。根据本实施方式，电磁屏蔽层160还存在于闪烁体层120与诸如包含于连接部140的IC 141等电路之间，以屏蔽由连接部140的电路所产生的电磁波。由于传感器单元100为背面照射型，所以电磁屏蔽层160并不妨碍检测入射到放射线入射面113侧的放射线150。
现在将说明传感器单元100的部件的具体构造的示例。传感器基板110可以由例如玻璃、耐热性塑料等制成。如果传感器基板110由玻璃制成，则可以使用薄的玻璃基板以减少玻璃对放射线的吸收。还可以通过下述方式来减小传感器基板110的厚度：将形成有受保护膜保护的像素阵列111的玻璃基板浸入氢氟酸溶液以进行化学抛光。如果减小了传感器基板110的厚度，那么将进一步实现传感器单元100的小型化和轻量化。为了实现可加工性和处理能力的改善，由玻璃制成的传感器基板110的厚度可以在30μm-500μm的范围，特别地在100μm-300μm的范围。在本实施方式的传感器单元100中，由于连接端子115和电路板130配置在同一侧（光接收面112侧），因此不需要在传感器基板110中形成用于连接连接端子115和电路板130的通孔。因此这可以防止传感器基板110由于通孔的形成而降低强度，还可以提高产量。
像素阵列111是像素以矩阵方式配置的区域，每个像素均具有例如采用诸如非晶硅（a-Si）等半导体的MIS型传感器和PIN型传感器的转换元件。由于根据本实施方式的像素阵列111能够通过诸如像素以矩阵方式配置在绝缘基板上的构造和像素以矩阵方式配置在单晶半导体基板上的构造等现有构造来实现，因此省略对像素阵列111的详细说明。传感器保护层114可以由例如硅酮树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂或包括诸如对二甲苯和丙烯酸等有机材料的树脂制成，特别地，传感器保护层114可以由热固性酰亚胺树脂制成。可选地，传感器保护层114可以由耐热性树脂制成，由此传感器保护层114在诸如闪烁体层120的气相沉积和退火等伴随有高温条件的处理过程中不会劣化。
闪烁体层120可以是由例如诸如Gd2O2S:Tb的粒子荧光材料或碱金属卤化物制成的闪烁体层。闪烁体层120可以具有通过在传感器保护层114上相对于传感器基板110气相沉积诸如CsI:Na和CsI:Tl等碱金属卤化物而得到的柱状晶体结构。
闪烁体保护层121可以由例如是诸如聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚烯烃树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂等的热熔性树脂制成。在这些材料中，特别地可以使用具有低的透湿性的材料。此外，闪烁体保护层121可以具有大约为10μm-200μm的厚度。在闪烁体保护层121和闪烁体层120之间，可以进一步配置由例如是诸如铝、银、铬、铜、镍、钛、镁、铑、铂和金或它们的合金等具有高反射率的金属制成的反射层（未示出）。通过这一方法，实现了传感器单元100的亮度特性的改善。
电磁屏蔽层160可以由诸如银、铜、金、铝和镍等的箔形状、薄片形状或板形状的金属、混合有这些金属的导电性涂料、散布有不锈钢纤维的导电性高分子等制成。在这些材料中，特别地可以使用在可加工性、材料成本等方面具有优势的铝。如果选择箔状金属，则箔状金属可以接合到膜状树脂材料，从而能够稳定箔形状并且能够改善可加工性。该膜状树脂材料可以是诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、氯乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和丙烯酸等膜材料。此外，电磁屏蔽层160可以利用粘合材料（未示出）固定到闪烁体保护层121。该粘合材料可以是例如橡胶粘合材料、丙烯酸类粘合材料、苯乙烯-共轭二烯嵌段共聚物粘合材料或硅酮粘合材料。薄的电磁屏蔽层160的电磁屏蔽效果会被降低，而厚的电磁屏蔽层160则会增加传感器单元100的重量。因此，权衡考虑薄的电磁屏蔽层160和厚的电磁屏蔽层160，电磁屏蔽层160的厚度可以在5μm-3mm的范围，特别地在10μm-1mm的范围。
电路板130是由环氧玻璃、酚醛纸、环氧纸（paper epoxy）等制成的基板，在该基板上形成有由诸如铜箔等导电材料制成的电路（图案）配线并且安装有构成电路的构件。可以在电路板130的一部分中形成接触孔，并且电路板130和电磁屏蔽层160可以利用导电性粘合材料彼此接合，以使电磁屏蔽层160经由电路板130接地。可选地，电路板130利用粘合材料等固定到电磁屏蔽层160。将电路板130固定到电磁屏蔽层160改善了电路板130和连接部140的抵抗由于振动等产生的冲击的连接可靠性。
连接部140可以是柔性配线基板（FPC：柔性印刷电路板），在该基板中由铜箔制成的导电图案形成于由诸如聚酰亚胺树脂膜和聚酯膜等膜制成的基材，并且该导电图案覆盖有用于表面保护的绝缘膜。连接部140利用导电性粘合材料接合到连接端子115。连接部140还利用导电性粘合材料接合到电路板130。导电性粘合材料可以是由诸如银和金等导电性填料和诸如丙烯酸类树脂粘合剂和环氧树脂粘合剂等树脂粘合剂混合而成的粘合材料。
如上所述，根据本实施方式，电路板130和连接部140没有以延伸出传感器基板110的外缘的方式定位，从而能够使传感器单元100小型化。此外，由于不需要在传感器基板110中形成通孔，所以维持了传感器基板110的强度。
现在将参照图2A和图2B说明根据本发明的第二实施方式的放射线检测设备200的结构的示例。图2A是放射线检测设备200的平面图，图2B是沿图2A中的线B-B截取的截面图。放射线检测设备200可以主要包括传感器单元以及用于容纳和保护传感器单元的盖。由于放射线检测设备200的传感器单元具有与图1A和图1B示出的传感器单元100的构造类似的构造，因此，相同的附图标记被赋予与参照图1A和图1B说明的部件相同的部件，并且省略其重复说明。在图2A中，为了说明的目的，盖的上表面被省略。由于电磁屏蔽层160的存在，图2A中示出的像素阵列111、连接部140的一部分和连接端子115实际上并不能被观察到。
盖可以由上盖261和下盖262构成。下盖262位于放射线150的入射侧，并且可以由诸如无定形碳和树脂等放射线吸收量少的材料制成。除了电路板130之外，放射线检测设备200还可以具有电路板230。包括IC 231等的电路形成于电路板230。电路板230可以具有与电路板130的构造相同的构造，并且省略其重复说明。用于处理模拟信号的电路可以配置于电路板130，用于处理数字信号的电路可以配置于电路板230。在这种情况下，电路板230可以配置成比电路板130靠近中央部分。这是因为，如果用于处理数字信号的、品质容易受到放射线影响的电路被配置成比用于处理模拟信号的电路靠近更容易吸收放射线的中央部分，则实现了放射线检测设备200的耐放射线性能的改善。电路板230和电路板130经由连接部240彼此连接。电路板130和电路板230可以集成为一个电路板。在这种情况下，电路板可以具有覆盖整个像素阵列111的尺寸。这使得从外部施加到电路板的应力在整个像素阵列111上分布，从而使放射线检测设备200的容错性得以改善。
与图1A和图1B的电磁屏蔽层160相比，根据本实施方式的放射线检测设备200的电磁屏蔽层160比传感器基板110大并由此覆盖了整个传感器基板110。此外，电磁屏蔽层160的外周与上盖261抵接。由此整个像素阵列111被电磁屏蔽层160覆盖，从而进一步改善了电磁屏蔽效果。可选地，电磁屏蔽层160可以比传感器基板110小但是比像素阵列111大。还是在这种情况下，整个像素阵列111可以被电磁屏蔽层160覆盖。电磁屏蔽层160设置有开口242，每个开口为例如以一定角度切出的狭缝，并且连接部140穿过相应的开口242。
传感器基板110和下盖262利用传感器基板粘合层271彼此接合并固定。作为传感器基板粘合层271，可使用橡胶粘合材料、丙烯酸类粘合材料、苯乙烯-共轭二烯嵌段共聚物粘合材料或硅酮粘合材料等。在放射线检测设备200中，传感器基板110的放射线入射面113和下盖262经由传感器基板粘合层271而彼此邻接。在该构造中，不需要支撑传感器基板110用的基底，这使得放射线检测设备200小型化和轻量化。根据本实施方式，传感器基板粘合层271不仅覆盖放射线入射面113还覆盖传感器基板110的侧面的一部分。这使得可以防止传感器基板110和下盖262由于振动等原因而产生碰撞由此防止传感器基板110的破损。还可以以直接邻接下盖262的方式配置传感器基板110的放射线入射面113，并且可以以仅覆盖传感器基板110的侧面的方式配置传感器基板粘合层271。
保持层272配置在电路板130、230和上盖261之间。保持层272由诸如泡沫橡胶和多孔橡胶等海绵状的柔性材料制成并且容易变形。通过使保持层272的用于保持安装于电路板130、230的IC等的区域变形，并且使保持层272和所安装的部件之间的接触面积大，能够防止由于传感器基板110的振动等导致所安装的部件移位，从而实现了连接部140的连接可靠性的改善。本实施方式的放射线检测设备200具有与第一实施方式的效果相同的效果。
现在将参照图3A和图3B说明根据本发明的第三实施方式的放射线检测设备300的结构的示例。图3A是放射线检测设备300的平面图，图3B是沿图3A的线C-C截取的截面图。下面将着重于放射线检测设备300和放射线检测设备200之间的区别，并将省略这两者之间的任何重复说明。
放射线检测设备300是通过间接方法制造的放射线检测设备，在该方法中，分别制备传感器面板和闪烁体面板，然后使传感器面板和闪烁体面板彼此接合。电磁屏蔽层160还可以用作在其上气相沉积闪烁体的闪烁体基板。与分别配置闪烁体基板和电磁屏蔽层160的情形相比，通过这种方法能够实现更好的轻量化和小型化。如果诸如CsI:Na和CsI:Tl等碱金属卤化物被用作闪烁体的材料，则绝缘保护膜（未示出）被施加于电磁屏蔽层160的表面，然后可以在绝缘保护膜上进行气相沉积。
如果闪烁体层120具有诸如CsI:Tl等碱金属卤化物的柱状晶体结构，则随着放射线吸收量的增加，亮度特性降低。在这种情况下，可以通过向闪烁体层120施加比环境温度高的热来恢复亮度特性。在根据本实施方式的放射线检测设备300中，在电磁屏蔽层160上对闪烁体层120进行气相沉积，并且电磁屏蔽层160直接邻接电路板130、230或经由粘合材料与电路板130、230邻接。因此，在诸如IC 131、231等电路中产生的热经由电路板130、230和电磁屏蔽层160被传递至闪烁体层120。这使得能够恢复闪烁体层120的亮度特性并且能够冷却诸如IC 131、231等电路。由于在电磁屏蔽层160上对闪烁体层120进行气相沉积，并且电磁屏蔽层160比闪烁体层120大，因此，在电路中产生的热被传递到整个闪烁体层120。为了使热均匀地传递到闪烁体层120，作为热源的IC 231可以被配置于闪烁体层120的中央部分。可选地，诸如IC等其它电路可以散布于闪烁体层120。放射线检测设备300具有与第一实施方式的效果相同的效果。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解的是，本发明并不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包含所有的这种变型、等同结构和功能。
Claims (7)
1.一种放射线检测设备，其包括：
传感器基板，其具有第一面和与所述第一面相反的第二面，其中，像素阵列和与所述像素阵列连接的连接端子被配置于所述第一面；
闪烁体层，其配置于所述传感器基板的第一面侧并且将入射到所述传感器基板的第二面侧的放射线转换为波长能够被所述像素阵列检测到的光；
电路板，其配置于所述闪烁体层的与面对所述传感器基板的一侧相反的一侧，并且所述电路板包括用于对所述像素阵列的操作进行控制的电路；以及
连接部，其用于将所述连接端子连接至所述电路板，
其中，所述闪烁体层以覆盖所述像素阵列但露出所述连接端子的方式配置，
所述电路板和所述连接部被配置于不使所述电路板和所述连接部从所述传感器基板的所述第一面的外缘突出的位置。
2.根据权利要求1所述的放射线检测设备，其中，所述放射线检测设备还包括：
电磁屏蔽层，其用于屏蔽由包含于所述电路板的电路所产生的电磁波，
其中，所述电磁屏蔽层被配置于所述电路板和所述闪烁体层之间。
3.根据权利要求2所述的放射线检测设备，其中，
所述电磁屏蔽层比所述像素阵列大。
4.根据权利要求2所述的放射线检测设备，其中，
所述电磁屏蔽层比所述传感器基板的所述第一面大，并且所述电磁屏蔽层具有供所述连接部穿过的开口。
5.根据权利要求3所述的放射线检测设备，其中，
在所述电磁屏蔽层上气相沉积所述闪烁体层。
6.根据权利要求5所述的放射线检测设备，其中，
所述电路板与所述电磁屏蔽层直接邻接或经由粘合层与所述电磁屏蔽层邻接，以使包含于所述电路板中的电路所产生的热被传递到所述闪烁体层。
7.根据权利要求1所述的放射线检测设备，其中，所述放射线检测设备还包括:
盖，其用于容纳所述传感器基板、所述闪烁体层、所述电路板和所述连接部，
所述传感器基板的所述第二面与所述盖直接邻接或经由粘合层与所述盖邻接。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |