CN1501095A - 放射线检测元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种放射线检测元件及其制造方法。该放射线检测元件，包括：受光元件阵列，将多个受光元件在基板上一维或二维排列形成其受光单元，并把各行或各列的所述受光元件电连接的多个焊盘配置在所述受光单元的外部；闪烁器层，其至少在所述受光单元的所述受光元件的有效画面区域上层积形成，并把放射线变换成可见光；以封闭框状形成的由树脂构成的一个或多个树脂框，其把所述受光元件阵列上的形成了闪烁器层的区域和配置了焊盘的区域区分开来；以及放射线可通过的耐湿保护膜，其覆盖所述闪烁器层、所述受光元件的包围所述闪烁器层的表面、以及所述树脂框，至少使所述焊盘露出，其中用所述树脂框把所述耐湿保护膜的边缘与所述受光元件结合起来。

Description

放射线检测元件及其制造方法

本发明涉及放射线检测元件，特别涉及在医疗用X射线照相等中使用的具有大面积的受光单元的放射线检测元件。

在医疗、工业用的X射线照相中，虽然先前使用X射线感光胶片，但从便利性和摄像结果的保存性考虑，使用放射线检测元件的放射线成像系统正在得以普及。在这样的放射线成像系统中，使用有多个象素的放射线检测元件，以电信号形式取得由放射线所产生的二维图像数据，利用处理装置处理该信号后，在监视器上进行显示。典型的放射线检测元件构成为，在一维或二维排列的光检测器上配置闪烁器，由闪烁器将X射的放射线变换成光后进行检测。

典型的闪烁器材料CsI是吸湿性材料，它吸收空气中的水蒸气(湿气)并溶解。结果，存在着闪烁器的特性特别是图像分辨率劣化的问题。

作为保护闪烁器不受湿气影响的结构的放线射检测元件，已知有在特开平5-196742号公报中公开的技术。在该技术中，通过在闪烁器层的上部形成不透水的防湿保护层来保护闪烁器不受湿气影响。

然而，在该技术中，将闪烁器层外周部的防湿保护层密合在放射线检测元件的基板上很难，特别是，在胸部X射线照相等中使用的大面积的放射线检测元件中，外周部的长度大，所以防湿保护层容易脱落，闪烁器层不能完全密封，水分会侵入到保护层中、具有其特性易劣化的缺点。

还有，在该技术中公开了防湿保护层的水密层的下述制造方法：在液态下将硅浇注材料等涂敷在闪烁器层或将该硅浇注材料等涂敷在设置于放射线检测元件的受光面侧的光阑材料的内侧，之后，在水密层干燥前将该光阑材料设置在闪烁器层上，这样来固定水密层。在该制造方法中，难以在表面形状不规则的闪烁器层上均匀地形成水分密封层，存在着密合性降低的可能性。这一点在大面积的放射线检测元件上特别容易产生。

本发明是鉴于上述问题而提案的，其目的在于，提供具有闪烁器防湿用的、容易均匀制造的保护层的放射线检测元件及其制造方法。

为解决该课题，本发明的放射线检测元件包括：(1)受光元件阵列，将多个受光元件一维或二维排列在基板上形成受光单元，并将与该受光单元的各行或各列的受光元件电连接的多个焊盘配置在受光单元的外部；(2)将集聚在受光单元的受光元件上的放射线变换为可视光的闪烁器层；(3)把形成了受光元件阵列上的闪烁器层的区域和焊盘配置区域区分开来的、框状地形成的由树脂构成的一个或多个树脂框；(4)放射线可通过的耐湿保护层，它由包括有机膜及在其上层叠的无机膜的2层以上的多层膜构成，至少覆盖闪烁器层并一直到达树脂框使焊盘部分露出。

这样，入射的放射线由闪烁器层变换为可见光。通过利用一维或二维排列的受光元件检测该可见光像，得到与入射的放射线像对应的图像电信号。闪烁器层有因吸湿而劣化的性质，然而，根据本发明，用耐湿保护层覆盖闪烁器层，用树脂将该耐湿保护膜密合在受光元件阵列上，所以，将闪烁器层完全密封与外部空气隔离，保护它不受空气中的水蒸气影响。而且，与外部电路连接用的焊盘被露出。

该树脂框最好是以包围闪烁器层的矩形形状或分别包围一个或多个焊盘区的矩形形状形成。

还有，最好还包括沿树脂框盖住耐湿保护膜的边缘的覆盖树脂。这样，耐湿保护膜的边被树脂框和覆盖树脂上下夹住而牢固地粘接。

另一方面，本发明的放射线检测元件的制造方法的特征在于，包括：(1)第一工序，在受光元件阵列的受光元件上沉积地放射线变换成可见光的闪烁器层，其中，将多个受光元件一维或二维排列在基板上形成受光单元，将与该受光单元的各行或各列的受光元件电连接的多个焊盘配置在受光单元的外部；(2)第二工序，用树脂在受光元件阵列上形成区分闪烁器层和焊盘部分的一个或多个封闭的框状树脂框；(3)第三工序，形成包覆整个受光元件阵列的放射线可通过的第一有机膜；(4)第四工序，形成由将包括无机膜的一层以上的膜层叠在第一有机膜上的2层以上的多层膜构成的放射线可通过的耐湿保护膜；(5)第五工序，沿树脂框的长边方向切断耐湿保护膜，除去焊盘部分上的上述耐湿保护膜，使焊盘部分露出。

通过以包覆整个受光元件阵列的形式形成第一有机膜，提高了闪烁器层和有机膜的密合度，形成均匀的膜。由于形成耐湿保护膜，通过除去焊盘部分的保护膜，使焊盘部可靠地露出来。通过在保护膜下形成的树脂框，在保护膜切断时切入深度具有裕度。另外，利用树脂框将保护膜的边缘密合在基板上，密封变得可靠。

另外，也可以在该第五工序后包括用树脂沿树脂框覆盖耐湿保护膜的边缘进行粘结的第六工序。这样，耐湿保护膜的边缘被夹入到树脂框和树脂间而牢固地粘接。

通过下面的详细说明和附图可进一步充分理解本发明。但这些只是示例性的，不应认为是限定本发明的。

本发明的其他应用范围可以从下面的详细说明中明白。然而，虽然详细说明及特定事例示出了本发明的优选实施例，但在本发明的精神和范围中，本领域的技术人员可以从该详细说明中做出各种变形和改良，这是不言而喻的。

图1是本发明的一个实施例的俯视图，图2是其放大的A-A剖面图；

图3～图11是表示与图1和图2有关的实施例的制造工序的图。

图12是本发明的另一实施例的俯视图，图13是其放大的B-B剖面图。

下面，根据附图说明本发明的优选实施例。还有，为容易理解起见，在各附图中，对相同的构成单元尽可能标注相同的标号，其重复说明从略。附图中的大小和形状不一定与实际相同，有的部分为便于理解而被扩大化了。

图1是本发明的一个实施例的俯视图，图2是其外周边部的A-A放大剖面图。

首先，参照图1、图2说明本实施例的构成。进行光电变换的受光元件2被二维排列在绝缘性的例如玻璃制的基板1上，形成受光单元，该受光元件2由非晶态硅制的发光二极管(PD)和薄膜晶体管(TFT)构成。各行或各列的受光元件2分别利用读出信号用的信号线3电连接。用于将信号取出到外部电路(未图示)的多个焊盘4沿基板1的外周边(例如相邻的两个边)而配置，通过信号线3与对应的多个受光元件2电连接。在受光元件2及信号线3上形成了绝缘性的钝化膜5。该钝化膜5最好使用氮化硅或二氧化硅。另一方面，焊盘4为便于和外部电路连接而露出。下面，将该基板和基板上的电路部分称作受光元件阵列6。

在受光元件阵列6的受光单元上形成将入射的放射线变换为可见光的柱状结构的闪烁器7。闪烁器7可以使用多种材料，但最好使用发光效率好的掺杂铊(Tl)的CsI。还有，将受光元件阵列6的受光单元的外周围住，将细长框状形成的树脂制的树脂框8配置在焊盘的内侧位置处。该树脂框8最好使用硅树脂如信越化学公司生产的DJR651或KE4897、东芝硅公司生产的TSE397、住友3M公司生产的DYMAX625T等。它们之所以被广泛应用在用于电气保护的表面处理应用中，是因为它们与下文所述形成在上部的保护膜12的密合性高。

在树脂框8的框内的闪烁器7上形成了X射线可通过的、隔断水蒸气的第一有机膜9、无机膜10、第二有机膜11和分别层叠的保护膜12。

第一有机膜9和第二有机膜11最好使用聚对二甲苯树脂(Threebond公司生产，商品名为Parylene(聚对亚苯基二甲基或聚对二甲苯基))，特别是聚对氯二甲苯基(同一公司生产，商品名为ParyleneC)。利用Parylene制成的涂敷膜具有水蒸气及气体透过极少、防水性和耐药品性高、电绝缘性优良、对放射线和可见光线透明等与有机膜9、11相称的优良特征。有关利用Parylene制成的涂料的详细情况，记载于《Threebond技术新闻》(平成4年9月23日发行)中，这里说明其特征。

Parylene能够和金属的真空蒸镀相同，在真空中利用蒸镀在支持体上的化学气相沉积(CVD)法进行涂敷。它由如下工序构成：将原料P-二甲苯热分解，将生成物在甲苯、苯等有机溶剂中急冷，得到称作二聚物的二对二甲苯；将二聚物热分解，生成稳定的自由基对二甲苯气体；将发生的气体吸附在原料上，聚合形成分子量约50万的聚对二甲苯膜。

Parylene蒸镀时的压力比金属真空蒸镀时的压力0.001乇高，为0.1～0.2乇。并且，在蒸镀时，在单分子膜盖住被覆盖物全体后，将Parylene蒸镀在其上。因而，能够以均匀的厚度生成厚0.2μm以上没有针孔的的薄膜，在液体状态下不可能进行的锐角部和边缘物以及微米量级的狭小间隙的涂敷都成为可能。还有，由于涂敷时不需要热处理，可以在接近室温的温度下进行涂敷，所以，不伴随硬化发生机械应力和热变形，涂敷的稳定性也好。另外，可以向几乎所有的固体材料进行涂敷。

还有，若无机膜10具有X射线透过性，则能够使用对可见光透明、不透明或反射性等各种材料，能够使用Si、Ti、Cr的氧化膜和金、银、铝等金属薄膜。尤其是若使用具有对可见光反射性的膜，则由于具有使防止闪烁器7发生的荧光泄漏到外部而使灵敏度上升的效果。所以是希望的。这里，使用容易成形的Al为例来说明。虽然Al本身在空气中容易腐蚀，但由于无机膜10被第一有机膜9和第二有机膜11夹着，所以可受到保护而不受腐蚀。

该保护膜12虽然由上述Parylene涂敷形成，但由于是用CVD法形成，所以，形成为盖着受光元件阵列6的整个表面。因而，为使焊盘4露出，需要切断比焊盘4更内侧的Parylene涂料形成的保护膜12，除去外部的保护膜12。如下文所述，通过切断位于树脂框8的框部分的大约中心附近的保护膜12，保护膜12的外周部被树脂框8固定，所以，能够防止保护膜12从外周部上剥落下来。另外，该保护膜12的外周部及其下的树脂框8一起用覆盖树脂13涂覆。覆盖树脂13最好使用与保护膜12及树脂框8的粘接性良好的树脂，例如丙烯酸类粘接剂的协立化学工业株式会社生产的WORLD ROCK NO.80-SET2(70,000cP型)。该树脂粘接剂通过用100mw/cm²的紫外线照射大约20秒就硬化，硬化膜柔韧并具有充够的强度，其耐湿、耐水、耐电解性、耐移动性好，具有与各种材料特别是玻璃、塑料等的粘接性良好、适于用作覆盖树脂13的特性。也可使用和树脂框8相同的硅树脂。还有，树脂框8也可以使用与覆盖树脂13相同的丙烯酸类粘接剂。

接着，参照图3的图11说明该实施例的制造工序。如图4所示，利用蒸镀法生长厚仅600μm的铊掺杂的CsI柱状晶体，在图3所示的受光元件阵列6的受光面上形成闪烁器7层。

另一方面，如图5所示，在受光单元的外周和受光元件阵列外周之间、在焊盘4内侧的钝化膜5上沿受光单元的外周以宽1mm、高0.6mm的细长框状形成树脂框8。在该框形成中，最好使用例如岩下工程公司生产的Autoshooter-3型自动X-Y切削装置。此时，由于进一步提高了与在上部形成的第一有机膜9的密合性，所以比对树脂框8的表面进行粗面处理更好。所谓粗面处理，是指加进线纹、在表面形成多个小的坑洼的处理。

形成闪烁器7层的CsI吸湿性高，并且露出，会吸收空气中的水蒸气而溶解。因而，为防止这种情况，如图6所示，利用CVD法，用厚10μm的Parylene包入基板全体，形成第一有机膜9。虽然在CsI的柱状结晶中有间隙，但由于Parylene以某一程度进入该狭小的间隙中，所以，第一有机膜9密合在闪烁器7的层上。另外，利用Parylene涂敷，在凹凸的闪烁器7层的表面上得到厚度均匀的精密薄膜涂层。如前所述，Parylene的CVD形成能够在以比金属蒸镀时的更低的真空度和常温下进行，所以加工容易。

另外，如图7所示，通过蒸镀法在入射面一侧的第一有机膜9的表面上沉积一层0.2μm厚的Al膜，形成无机膜10。并且，通过再次CVD法将Parylene以10μm的厚度被覆在基板全体的表面上，形成第二有机膜(参考图8)。该第二有机膜11因使无机膜10免于腐蚀而防止劣化。

用切削机14沿树脂框8的长度方向切断这样形成的保护膜12(参考图9)。因为用树脂框8形成凸部，故切断位置容易确认，并且在插入切削机14时树脂框8的厚度有裕度，故不会损坏树脂框8之下的信号线3，加工简单，提高了产品的成品率。并且，除去从切断部分以外及X射面内侧(即非入射面侧)的保护膜12，使与外部电路连接用的焊盘4露出(参考图10)。之后，用丙烯酸树脂构成的覆盖树脂13进行涂敷以盖住保护膜12的外周部和露出的树脂框8，之后用紫外线照射使覆盖树脂13硬化(参考图11)。

这里，一般说来，钝化膜5与第一有机膜9的密合性差。然而，根据本实施例的结构，由于在第一有机膜9和钝化膜5之间夹入与二者都密合的树脂框8，所以，第一有机膜9由于树脂框8而密合在钝化膜5上。还有，虽然即使不设置覆盖树脂9保护膜12也通过树脂框8密合在受光元件阵列12上，但若形成覆盖树脂13，则包括第一有机膜9的保护膜12被树脂框8和覆盖树脂13夹住而固定，因而更加提高了保护膜12密合到受光元件阵列6上的密合性，所以是希望的。这样，由于利用保护膜12使闪烁器7密封，所以能够可靠地防止水分侵入到闪烁器7，能够防止因闪烁器7的吸湿劣化而使元件的分辨率降低。

接着，使用图1和图2说明本实施例的动作。从入射面侧入射的X射线(放射线)透过第一有机膜9、无机膜10和第二有机膜11，到达闪烁器9。该X射线被闪烁器7吸收，放射与X射线的光量成正比的可见光。在放射的可见光中，与X射线的入射方向相反的可见光透过第二有机膜11，在无机膜10处反射。因而，在闪烁器7上发生的可见光几乎全部都经过钝化膜5入射到受光元件2上。因此，可进行高效率的检测。

在各受光元件2上，利用光电变换生成与该可见光的光量对应的电信号并累积一定时间。到达受光元件2的可见光的光量由于与入射的X射线的光量对应，在各个受光元件2上累积的电信号与入射的X射线的光量对应，就成为与X射线图像对应的图像信号。受光元件2上累积的该图像信号通过信号线3从焊盘4上依次读出，传送到外部，通过用预定的处理电路处理后，能够显示X射线图像。

在上面的说明中，作为保护膜12说明了在Parylene制的第一有机膜9、11间夹有无机膜10的结构的保护膜，但也可以是第一有机膜9和第二有机膜11的材料不同的保护膜。还有，在无机膜10使用抗腐蚀性强的材料时，也可以不设置第二有机膜11。

在这里是以将树脂框8和覆盖树脂13形成在受光元件阵列6的受光元件2部分的外侧的钝化膜5上为例说明的，但在受光元件2与焊盘4邻接的情况下，在其边界部分上形成树脂框8是困难的。为使焊盘4可靠地露出且用覆盖树脂13可靠地涂敷保护膜12的周围，最好把树脂8及覆盖树脂13的位置挪到受光元件2侧。为此，闪烁器7不是在受光元件2的整个面上形成，而是在除去焊盘4附近的画素的有效画面区的受光元件2上形成。之后，对在有效画面区的外侧即无效象素上形成的树脂框，形成保护膜12，以便盖住形成的闪烁器7层，直到到达树脂框8为止。之后，沿树脂框8的长度方向切断保护膜12，除去有效画面区之外的保护膜12，利用覆盖树脂13沿树脂框8涂敷保护膜12的边缘。在这种情况下，由于焊盘4附近的象素都被树脂框8和覆盖树脂13盖住，其前面不存在闪烁器7，所以，对放射线的灵敏度降低，结果，这些象素不能使用，受光元件2的有效象素数及有效画面面积减少；但是在受光元件2为大画面全部象素数多的情况下，具有无效象素的比例减少、由于元件的结构而使得制作容易的优点。

接着，参考图12、图13说明本发明的另一实施例。图12是该实施例的放射线检测元件的上面图，图13是其B-B放大剖面图。该元件的基本结构与图1和图2所示实施例的元件相同，下面说明不同点。

在图12、图13所示的实施例中，保护膜12被形成在受光元件阵列6的受光面一侧和其内侧(即非受光面一侧)的前面，只有焊盘4部分露出。并且，形成树脂框8，将露出的焊盘4部分围住，在该树脂框8上沿保护膜12的边界(边缘)涂敷覆盖树脂13。由于在本实施例中焊盘4部也可靠地露出，保护膜12被树脂框8和覆盖树脂13可靠地密合在受光元件阵列6上，所以，闪烁器7的层被密封，能够防止吸湿而劣化。

这一点在在焊盘4小的CVD及MOS型摄影元件的情况下减少有可能引起保护膜剥落的边界部分即边缘部分的长度时极为有效。

另外，在上面的说明中，对从受光元件上的闪烁器侧入射放射线的所谓表面入射型的放射线检测元件进行了说明，但本发明也可适用于从基板侧入射放射线的所谓内侧入射型的放射线检测元件。这里的内侧入射型的放射线检测元件能够作为高能量的放射线检测元件使用。

如上所说明的那样，根据本发明，为保护吸湿性高的闪烁器，在闪烁器上形成由Parylene等构成的保护膜，该保护膜的外周利用树脂层与受光元件阵列接合，因此闪烁器层被密封。特别是，由于防止了从保护膜的边缘上剥落，提高了耐湿性。

另外，若用覆盖树脂盖住该边缘，则进一步提高了密封性，耐湿性也提高。

根据本发明的制造方法，在形成保护膜后除去不要的部分，所以，与只在必要部分形成保护膜的情况相比，容易形成均匀状态的保护膜，使焊盘可靠地露出。还有，由于保护膜浸透到闪烁器层的柱状结晶的间隙中，所以，保护膜和闪烁器层的密合性提高了。还有，在切断机切断时仅树脂层的厚度就具有切入余裕，所以，尽管不提高切断工具的精度也不损坏读出检测信号的信号线，提高了产品的成品率。

当然，可以从上述本发明的说明出发对本发明进行各种变形。不应认为这些变形脱离了本发明的思想和发明范围，在下面的权利要求的范围中包括了本领域技术人员所知的所有改良。

本发明的放射线检测元件可应用于特别是在医疗、工业用X射线照相中使用的大面积放射线图像系统。特别是在取代当前广泛使用的X射线胶片的胸部X射线照相等中使用。

Claims (6)

1.一种放射线检测元件，包括：

受光元件阵列，将多个受光元件在基板上一维或二维排列形成其受光单元，并把与该受光元件的各行或各列的所述受光元件电连接的多个焊盘配置在该受光单元的外部；

闪烁器层，该闪烁器层在所述受光单元的受光元件上层积形成，并把放射线变换成可见光；

以封闭框状形成的由树脂构成的一个或多个树脂框，该树脂框把所述受光元件阵列上的形成了闪烁器的区域和配置了焊盘的区域区分开来；以及

放射线可通过的耐湿保护层，该耐湿保护层由包括有机膜和在其上沉积的无机膜的两层以上的多层膜组成，在至少覆盖了闪烁器的同时延伸到所述树脂框，并至少使所述受光元件阵列的所述焊盘露出。

2.如权利要求1所述的放射性检测元件，其特征在于：

上述树脂框中的至少一个以包围上述闪烁器的、基本为矩形的形式形成。

3.如权利要求1所述的放射性检测元件，其特征在于：

所述一个或多个树脂框在包围上述各个焊盘区域的基本为矩形的区域上形成。

4.如权利要求1所述的放射性检测元件，其特征在于：

还包括沿上述树脂框覆盖上述耐湿保护膜的边缘的覆盖树脂。

5.一种放射线检测元件的制造方法，其特征在于包括：

第一工序，在受光元件阵列的受光元件上积层形成把放射线变换成可见光的闪烁器层，其中，将多个所述受光元件在基板上一维或二维排列形成所述受光元件阵列的受光单元，将与所述受光单元的各行或各列受光元件电连接的多个焊盘配置在所述受光单元的外部；

第二工序，用树脂在上述受光元件阵列上形成把所述闪烁器层和所述焊盘部分区分开来的一个或多个封闭框状的树脂框；

第三工序，形成包覆整个所述受光元件阵列的放射线可通过的第一有机膜；

第四工序，在所述第一有机膜上沉积包含无机膜的一层以上的膜，形成两层以上的多层膜组成的放射线可通过的耐湿保护膜；

第五工序，沿所述树脂框的长度方向切断所述耐湿保护膜，除去焊盘部分上的所述耐湿保护膜，使焊盘部分露出。

6.如权利要求5所述的放射线检测元件的制造方法，其特征在于：

在所述第五工序之后还包括沿所述树脂框用树脂覆盖所述耐湿保护膜边缘的第六工序。

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