CN109709594A - 闪烁屏封装结构制造方法、闪烁屏封装结构及影像探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闪烁屏封装结构制造方法、闪烁屏封装结构及影像探测器。该制造方法包括，在基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层；在形成有晶柱状闪烁体层的基板外围制作防潮层；在防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作X射线吸收层；在X射线吸收层的外表面和防潮层用于接收X射线的表面制作保护层。本制造方法通过依次制作晶柱状闪烁体层、防潮层、X射线吸收层和保护层，提高了所形成的闪烁屏封装结构的X射线吸收率、转换的可见光的透过率及耐湿性能。并且，通过增加X射线吸收层，以吸收晶柱状闪烁体层未完全吸收的X射线，实现对X射线图像传感器的电子电路的X射线屏蔽，从而降低X射线对X射线图像传感器的辐射干扰。

Description

闪烁屏封装结构制造方法、闪烁屏封装结构及影像探测器

技术领域

本发明涉及一种晶柱状闪烁屏封装结构(以下简称闪烁屏封装结构)的制造方法，同时也涉及由该制造方法制作的闪烁屏封装结构及影像探测器，属于X射线辐射成像领域。

背景技术

在工业及医疗业，X射线探测器被广泛的应用，作为X射线探测器必不可少的闪烁屏部分也越来越重要。目前常用的闪烁屏分为晶柱状闪烁屏和陶瓷闪烁屏；其中，常用的晶柱状闪烁屏以碘化铯、碘化钠等闪烁材料为代表；该种闪烁屏具有高亮度、高分辨率等优点，而晶柱状闪烁屏相比于陶瓷闪烁屏(硫氧化钆、锗酸铋)存在两大不足。一方面，其属于易受潮材料，暴露在空气中会吸收水分而潮解，从而会降低闪烁屏的特性，尤其会导致图像分辨率大为降低。另一方面，其密度低、晶柱空隙率高、存在残余X射线穿透闪烁屏影响X射线图像传感器中的电子电路。

目前，常规的晶柱状闪烁屏的封装方案中并未考虑晶柱间空隙。通常，不是入射到闪烁屏组上的所有X射线都能被吸收，其吸收效率与闪烁屏密度及闪烁材料原子序数Z有很大的相关性，特别是晶柱状闪烁屏，其吸收效率远低于陶瓷闪烁屏。因此，晶柱状闪烁屏会因吸收效率低而导致X射线溢出，从而对下层的感光器件中的电子电路是有害的。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种闪烁屏封装结构的制造方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种由上述制造方法制作的闪烁屏封装结构及影像探测器。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种闪烁屏封装结构制造方法，包括如下步骤：

在基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层；

在形成有所述晶柱状闪烁体层的所述基板外围制作防潮层；

在所述防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作X射线吸收层；

在所述X射线吸收层的外表面和所述防潮层用于接收X射线的表面制作保护层。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种闪烁屏封装结构制造方法，包括如下步骤：

在基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层；

在形成有所述晶柱状闪烁体层的所述基板外围制作防潮层；

在所述防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作第一夹层；

在所述第一夹层的外表面制作X射线吸收层；

在所述X射线吸收层的外表面制作第二夹层；

在所述第二夹层的外表面和所述防潮层用于接收X射线的表面制作保护层。

其中较优地，在所述基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层，包括如下子步骤：

选取所述基板和待形成所述晶柱状闪烁体层的原材料；

采用真空蒸镀法，使待形成所述晶柱状闪烁体层的原材料在所述基板上形成所述晶柱状闪烁体层。

其中较优地，所述基板选取具有高可见光反射率和X射线透过率的基板。

其中较优地，待形成所述晶柱状闪烁体层的原材料选取将X射线转换为可见光的X射线转换材料。

其中较优地，所述防潮层和所述保护层分别为采用化学气相淀积方法得到的透明有机膜。

其中较优地，所述X射线吸收层为高原子序数的材料采用真空磁控溅射法得到的氧化物膜。

其中较优地，所述第一夹层和所述第二夹层分别为采用真空磁控溅射法得到的无机增透膜。

根据本发明实施例的第三方面，提供有一种闪烁屏封装结构，所述闪烁屏封装结构由上述的闪烁屏封装结构制造方法制造而成。

根据本发明实施例的第四方面，提供一种X射线影像探测器，包括上述的闪烁屏封装结构，在所述闪烁屏封装结构的底部设置有X射线图像传感器。

本发明所提供的闪烁屏封装结构制造方法通过依次制作晶柱状闪烁体层、防潮层、X射线吸收层和保护层，提高了所形成的闪烁屏封装结构的X射线吸收率、转换的可见光的透过率及耐湿性能。并且，通过增加X射线吸收层，以吸收晶柱状闪烁体层未完全吸收的X射线，实现对X射线图像传感器的电子电路的X射线屏蔽，从而降低X射线对X射线图像传感器的辐射干扰。

附图说明

图1为本发明所提供的闪烁屏封装结构制造方法的流程图1；

图2为本发明所提供的闪烁屏封装结构制造方法的流程图2；

图3～图8依次示出了本发明所提供的闪烁屏封装结构的主要制造工艺步骤的剖面结构示意图，其中：

图3为在基板的下表面制作晶柱状闪烁体层的剖面结构示意图；

图4为在形成有晶柱状闪烁体层的基板外围制作防潮层的剖面结构示意图；

图5为在防潮层除其上表面以外的其余面制作X射线吸收层的剖面结构示意图；

图6为在X射线吸收层的外表面和防潮层的上表面制作保护层的剖面结构示意图；

图7为在防潮层除其上表面以外的其余面依次制作第一夹层、X射线吸收层和第二夹层的剖面结构示意图；

图8为在第二夹层的外表面和防潮层的上表面制作保护层的剖面结构示意图；

图9为由本发明所提供的闪烁屏封装结构组成的X射线影像探测器的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

在本发明中，闪烁屏封装结构指的是晶柱状闪烁屏封装结构，该晶柱状闪烁屏封装结构用于将入射的X射线转变为可见光后，传输给X射线图像传感器，以便于X射线图像传感器及X射线图像传感器中的电子电路将所接收的可见光转换为模拟信号，通过A/D转化器(模/数转换器)转换成数字信号，传输给计算机可以得到X射线的初始数字图像。

如图1所示，该晶柱状闪烁屏封装结构的制造方法包括如下步骤：

步骤S1：在基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层；

该步骤包括如下子步骤：

步骤S11:选取基板和待形成晶柱状闪烁体层的原材料；

为了保证X射线照射在晶柱状闪烁屏封装结构后，能更好的被晶柱状闪烁体层吸收并转化为可见光，可以选取具有高可见光反射率和X射线透过率的基板。该基板只能透过X射线，不能透过可见光；例如，基板可以选取预设厚度的高反射PET(聚对苯二甲酸乙二酯)制基板、Al(铝)制基板、C(石墨)制基板、Be(铍)制基板等。

由于晶柱状闪烁体层用于吸收X射线并将其转换为可见光，因此待形成晶柱状闪烁体层的原材料可以选取能将X射线转换为可见光的X射线转换材料；例如，待形成晶柱状闪烁体层的原材料可以是掺入Tl(铊)或Na(钠)的CsI(碘化铯)、掺入Tl(铊)的NaI(碘化钠)等材料。

步骤S12:采用真空蒸镀法，使待形成晶柱状闪烁体层的原材料在基板上形成晶柱状闪烁体层。

将步骤S11中选取的基板和待形成晶柱状闪烁体层的原材料放置到真空蒸镀设备中，实现在真空条件下，将待形成晶柱状闪烁体层的原材料加热蒸发，蒸发出来的原子或分子会吸附到基板的某一表面，形成一层薄膜；该层薄膜即为晶柱状闪烁体层。其中，真空蒸镀法为现有常规技术，在此不再详细赘述。

下面以基板选取高反射PET制基板(如厚度为188um)，待形成晶柱状闪烁体层的原材料选取珠状碘化铊颗粒和粉末状碘化铯材料为例，对本步骤中在基板上形成晶柱状闪烁体层的过程进行说明。

如图3所示，将高反射PET制基板11、珠状碘化铊颗粒和粉末状碘化铯材料放置到真空蒸镀设备中，实现在真空条件下，将珠状碘化铊颗粒和粉末状碘化铯材料采用共蒸发法加热蒸发，蒸发出来的原子或分子会吸附到高反射PET制基板11的下表面，从而形成晶柱状碘化铯层12。该晶柱状碘化铯层12即用于将X射线转换为可见光。

步骤S2：在形成有晶柱状闪烁体层的基板外围制作防潮层；

由于晶柱状闪烁体层(如上述的晶柱状碘化铯层12)吸湿性高，如果直接将晶柱状闪烁体层暴露于空气中，晶柱状闪烁体层会与空气中的水蒸气发生作用，引起闪烁屏晶柱潮解，使得晶柱间发生粘黏，从而影响图像分辨效果；另外，由于晶柱状闪烁体层中的晶柱间存在一定空隙，使得晶柱状闪烁体层下表面凹凸不平，并且还会存在有残余X射线穿透晶柱状闪烁体层影响X射线图像传感器中的电子电路。因此，可以采用采用化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition-CVD)方法在步骤S1形成的具有晶柱状闪烁体层的基板外围淀积防潮层。

其中，防潮层可以由聚对二氯甲苯、聚对二甲苯、聚四氯对二甲苯、聚二甲基对二甲苯等材料利用化学气相淀积方法得到的透明有机膜。

以在形成有晶柱状碘化铯层12的高反射PET制基板11的外围形成聚对二氯甲苯膜为例；如图4所示，将形成有晶柱状碘化铯层12的高反射PET制基板11放置到化学气相淀积设备中，通过化学气相淀积设备在高反射PET制基板11和晶柱状碘化铯层12的外围形成一层预设厚度的第一聚对二氯甲苯膜13。其中较佳的，以在高反射PET制基板11和晶柱状碘化铯层12的外围形成一层10μm厚的第一聚对二氯甲苯膜13为最佳。通过第一聚对二氯甲苯膜13不仅可以有效降低空气中的水蒸气影响晶柱状碘化铯层12，还可以利用第一聚对二氯甲苯膜13填充晶柱状碘化铯层12中晶柱间存在的间隙，形成致密隔阻层，并使得晶柱状碘化铯层12下表面平整。

步骤S3：在步骤S2制作的防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作X射线吸收层；

在步骤S2制作的防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作X射线吸收层的作用在于，吸收晶柱状闪烁体层未完全吸收的X射线，降低X射线对X射线图像传感器的辐射干扰。可以采用真空磁控溅射法，实现在除防潮层用于接收X射线的表面以外的其余表面制作预设厚度X射线吸收层；其中较佳的，根据X射线辐射剂量及晶柱状闪烁体层适量调节X射线吸收层的厚度，X射线吸收层的厚度的调节范围以300～500nm为最佳。另外，真空磁控溅射法为现有常规技术，在此不再赘述。

其中，X射线吸收层可以由PbO(氧化铅)、Bi2O3(氧化铋)、PbxOy(铅氧化物)、WO3(三氧化钨)等高原子序数Z的材料利用真空磁控溅射法得到的氧化物膜。

以X射线吸收层为氧化铅膜为例；如图5所示，将步骤S2制作的具有晶柱状碘化铯层12和第一聚对二氯甲苯膜13的高反射PET制基板11放置到真空磁控溅射设备中，实现在真空条件下，利用真空磁控溅射法在除第一聚对二氯甲苯膜13上表面以外的其余表面形成一层500nm厚氧化铅膜15。

步骤S4：在步骤S3制作的X射线吸收层的外表面和步骤S2制作的防潮层用于接收X射线的表面制作保护层。

为了防止步骤S3制作的X射线吸收层和步骤S2制作的防潮层发生划伤或脱落，并进一步降低空气中的水蒸气对防潮层的影响。可以采用采用化学气相淀积(ChemicalVapor Deposition-CVD)方法在步骤S3制作的X射线吸收层的外表面和步骤S2制作的防潮层用于接收X射线的表面淀积保护层。

其中，保护层可以由聚对二氯甲苯、聚对二甲苯、聚四氯对二甲苯、聚二甲基对二甲苯等材料利用化学气相淀积方法得到的透明有机膜。

以保护层为聚对二氯甲苯膜为例；如图6所示，步骤S3制作的具有晶柱状碘化铯层12、第一聚对二氯甲苯膜13和氧化铅膜15的高反射PET制基板11放置到化学气相淀积设备中，通过化学气相淀积设备在第一聚对二氯甲苯膜13上表面和氧化铅膜15的外表面形成一层预设厚度的第二聚对二氯甲苯膜17。其中较佳的，以在第一聚对二氯甲苯膜13上表面和氧化铅膜15的外表面形成一层10μm厚的第二聚对二氯甲苯膜17为最佳。通过第二聚对二氯甲苯膜17不仅防止第一聚对二氯甲苯膜13和氧化铅膜15发生划伤或脱落，还可以有效降低空气中的水蒸气影响晶柱状碘化铯层12。

采用以上步骤S1～S4，即可制作出晶柱状闪烁屏封装结构。为了提高晶柱状闪烁屏封装结构中防潮层与X射线吸收层的结合效果，并提高晶柱状闪烁体层的耐湿性和其转换的可见光的透过率，如图2所示，本晶柱状闪烁屏封装结构的制造方法还提供了以下优选方案，包括如下步骤：

步骤S10：在基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层；

该步骤同上述步骤S1及步骤S1的子步骤的描述。

步骤S20：在形成有晶柱状闪烁体层的基板外围制作防潮层；

该步骤同上述步骤S2的描述。

步骤S30：在步骤S20制作的防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作第一夹层；

在步骤S20制作的防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作第一夹层的作用在于，提高防潮层与后面步骤制作的X射线吸收层的结合效果，而且还可以提高晶柱状闪烁体层的耐湿性和其转换的可见光的透过率。可以采用真空磁控溅射法，实现在除防潮层用于接收X射线的表面以外的其余表面制作预设厚度第一夹层；其中较佳的，根据对于光输出要求，适量调节第一夹层的厚度，第一夹层的厚度的调节范围以50～200nm为最佳。

其中，第一夹层可以由SiO2(二氧化硅)、TiO2(二氧化钛)、SiN(氮化硅)、MgF2(氟化镁)以及SiNO(氮氧化硅)等材料利用真空磁控溅射法得到的无机增透膜。

以第一夹层为二氧化硅膜为例；如图7所示，将步骤S20制作的具有晶柱状碘化铯层12和第一聚对二氯甲苯膜13的高反射PET制基板11放置到真空磁控溅射设备中，实现在真空条件下，利用真空磁控溅射法在除第一聚对二氯甲苯膜13上表面以外的其余表面形成一层100nm厚的第一二氧化硅膜14。

步骤S40：在步骤S30制作的第一夹层的外表面制作X射线吸收层；

在步骤S30制作的第一夹层的外表面制作X射线吸收层的作用在于，吸收晶柱状闪烁体层未完全吸收的X射线，降低X射线对X射线图像传感器的辐射干扰。可以采用真空磁控溅射法，实现在第一夹层的外表面制作预设厚度X射线吸收层；其中较佳的，根据X射线辐射剂量及晶柱状闪烁体层适量调节X射线吸收层的厚度，X射线吸收层的厚度的调节范围以300～500nm为最佳。

其中，X射线吸收层可以由PbO(氧化铅)、Bi2O3(氧化铋)、PbxOy(铅氧化物)、WO3(三氧化钨)等高原子序数Z的材料利用真空磁控溅射法得到的氧化物膜。

以X射线吸收层为氧化铅膜为例；如图7所示，将步骤S30制作的具有晶柱状碘化铯层12、第一聚对二氯甲苯膜13和第一二氧化硅膜14的高反射PET制基板11放置到真空磁控溅射设备中，实现在真空条件下，利用真空磁控溅射法在第一二氧化硅膜14的外表面形成一层500nm厚氧化铅膜15。

步骤S50：在步骤S40制作的X射线吸收层的外表面制作第二夹层；

在步骤S40制作的X射线吸收层的外表面制作第二夹层的作用在于，提高晶柱状闪烁体层的耐湿性和其转换的可见光的透过率。可以采用真空磁控溅射法，实现在X射线吸收层的外表面制作预设厚度第二夹层；其中较佳的，根据对于光输出要求，适量调节第二夹层的厚度，第二夹层的厚度的调节范围以50～200nm为最佳。

其中，第二夹层可以由SiO2(二氧化硅)、TiO2(二氧化钛)、SiN(氮化硅)、MgF2(氟化镁)以及SiNO(氮氧化硅)等材料利用真空磁控溅射法得到的无机增透膜。

以第二夹层为二氧化硅膜为例；如图7所示，将步骤S40制作的具有晶柱状碘化铯层12、第一聚对二氯甲苯膜13、第一二氧化硅膜14和氧化铅膜15的高反射PET制基板11放置到真空磁控溅射设备中，实现在真空条件下，利用真空磁控溅射法在氧化铅膜15的外表面形成一层100nm厚的第二二氧化硅膜16。

步骤S60：在步骤S50制作的第二夹层的外表面和步骤S20制作的防潮层用于接收X射线的表面制作保护层。

为了防止步骤S50制作的第二夹层和步骤S20制作的防潮层发生划伤或脱落，并进一步降低空气中的水蒸气对防潮层的影响。可以采用采用化学气相淀积(Chemical VaporDeposition-CVD)方法在步骤S50制作的第二夹层的外表面和步骤S20制作的防潮层用于接收X射线的表面淀积保护层。

其中，保护层可以由聚对二氯甲苯、聚对二甲苯、聚四氯对二甲苯、聚二甲基对二甲苯等材料利用化学气相淀积方法得到的透明有机膜。

以保护层为聚对二氯甲苯膜为例；如图8所示，步骤S50制作的具有晶柱状碘化铯层12、第一聚对二氯甲苯膜13、第一二氧化硅膜14、氧化铅膜15和第二二氧化硅膜16的高反射PET制基板11放置到化学气相淀积设备中，通过化学气相淀积设备在第一聚对二氯甲苯膜13上表面和第二二氧化硅膜16的外表面形成一层预设厚度的第二聚对二氯甲苯膜17。其中较佳的，以在第一聚对二氯甲苯膜13上表面和第二二氧化硅膜16的外表面形成一层10μm厚的第二聚对二氯甲苯膜17为最佳。通过第二聚对二氯甲苯膜17不仅防止第一聚对二氯甲苯膜13和第二二氧化硅膜16发生划伤或脱落，还可以有效降低空气中的水蒸气影响晶柱状碘化铯层12。

采用以上步骤S10～S60，即可制作出另一种晶柱状闪烁屏封装结构。将上述两种晶柱状闪烁屏封装结构中任意一种的底部设置X射线图像传感器20(如图9所示)，组成了X射线影像探测器。通过晶柱状闪烁屏封装结构将入射的X射线转变为可见光后，传输给X射线图像传感器，以便于X射线图像传感器及X射线图像传感器中的电子电路将所接收的可见光转换为模拟信号，通过A/D转化器(模/数转换器)转换成数字信号，传输给计算机可以得到X射线的初始数字图像。

本发明所提供的闪烁屏封装结构制造方法通过依次制作晶柱状闪烁体层、防潮层、X射线吸收层和保护层，提高了所形成的闪烁屏封装结构的X射线吸收率、转换的可见光的透过率及耐湿性能。并且，通过增加X射线吸收层，以吸收晶柱状闪烁体层未完全吸收的X射线，实现对X射线图像传感器的电子电路的X射线屏蔽，从而降低X射线对X射线图像传感器的辐射干扰。

以上对本发明所提供的闪烁屏封装结构制造方法、闪烁屏封装结构及影像探测器进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。

Claims (10)

1.一种闪烁屏封装结构制造方法，其特征在于包括如下步骤：

在基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层；

在形成有所述晶柱状闪烁体层的所述基板外围制作防潮层；

在所述防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作X射线吸收层；

在所述X射线吸收层的外表面和所述防潮层用于接收X射线的表面制作保护层。

2.一种闪烁屏封装结构制造方法，其特征在于包括如下步骤：

在基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层；

在形成有所述晶柱状闪烁体层的所述基板外围制作防潮层；

在所述防潮层除用于接收X射线的表面以外的其余表面制作第一夹层；

在所述第一夹层的外表面制作X射线吸收层；

在所述X射线吸收层的外表面制作第二夹层；

在所述第二夹层的外表面和所述防潮层用于接收X射线的表面制作保护层。

3.如权利要求1或2所述的闪烁屏封装结构制造方法，其特征在于在所述基板的某一表面制作晶柱状闪烁体层，包括如下子步骤：

选取所述基板和待形成所述晶柱状闪烁体层的原材料；

采用真空蒸镀法，使待形成所述晶柱状闪烁体层的原材料在所述基板上形成所述晶柱状闪烁体层。

4.如权利要求1或2所述的闪烁屏封装结构制造方法，其特征在于在：

所述基板选取具有高可见光反射率和X射线透过率的基板。

5.如权利要求1或2所述的闪烁屏封装结构制造方法，其特征在于在：

待形成所述晶柱状闪烁体层的原材料选取将X射线转换为可见光的X射线转换材料。

6.如权利要求1或2所述的闪烁屏封装结构制造方法，其特征在于在：

所述防潮层和所述保护层分别为采用化学气相淀积方法得到的透明有机膜。

7.如权利要求1或2所述的闪烁屏封装结构制造方法，其特征在于在：

所述X射线吸收层为高原子序数的材料采用真空磁控溅射法得到的氧化物膜。

8.如权利要求2所述的闪烁屏封装结构制造方法，其特征在于在：

所述第一夹层和所述第二夹层分别为采用真空磁控溅射法得到的无机增透膜。

9.一种闪烁屏封装结构，其特征在于由权利要求1～8中任一项所述的闪烁屏封装结构制造方法制造而成。

10.一种X射线影像探测器，其特征在于包括权利要求8所述的闪烁屏封装结构，在所述闪烁屏封装结构的底部设置有X射线图像传感器。