JP2004219318A - 放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】放射線による信号処理回路チップに対する曝射を防止するとともに、信号処理回路チップ等を確実に冷却させる放射線検出器を提供する。
【解決手段】放射線検出器１は、金属コア層１１を備えている。金属コア層１１の上面には、ＰＤチップアレイ１３が搭載され、ＰＤチップアレイ１３の上面にシンチレータ１４が載置されている。金属コア層１１の裏面には、ＩＣチップ１２が搭載されている。ＩＣチップ１２における金属コア層１１に取り付けられている面は、ＰＤチップアレイ１３の光入射面よりも小さくされており、ＰＤチップアレイ１３によって、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射が防止されている。
【選択図】 図１
【解決手段】放射線検出器１は、金属コア層１１を備えている。金属コア層１１の上面には、ＰＤチップアレイ１３が搭載され、ＰＤチップアレイ１３の上面にシンチレータ１４が載置されている。金属コア層１１の裏面には、ＩＣチップ１２が搭載されている。ＩＣチップ１２における金属コア層１１に取り付けられている面は、ＰＤチップアレイ１３の光入射面よりも小さくされており、ＰＤチップアレイ１３によって、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射が防止されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線などの放射線を検出する装置に用いられるものとして、たとえば特開平９−２８８１８４号公報（特許文献１）に開示された光電変換装置がある。この光電変換装置は、絶縁基板を備えている。この絶縁基板の表面に光電変換手段が搭載され、その上方には、シンチレータが配設されている。また、絶縁基板の裏面には集積回路素子が設けられ、絶縁基板と集積回路素子の間には、放射線吸収材が設けられている。そして、上方から入射するＸ線などの放射線をシンチレータによって可視光に変換し、変換された可視光を光電変換手段で電気に変換して、絶縁基板の裏面に設けられた集積回路素子に供給して、放射線を検出するものである。また、放射線吸収材により、シンチレータを通り抜けてしまった放射線による集積回路素子に対する曝射を防止している。
【０００３】
また、この種の放射線を検出する装置として、特開２００２−３４９６８号公報（特許文献２）に開示されているＸ線ＣＴ装置もある。このＸ線ＣＴ装置は、シンチレータブロックと、このシンチレータブロックに光学的に接続されたフォトダイオードアレイとを備え、フォトダイオードアレイからの電気信号を受けるデータ収集素子が基板上に実装された検出部を備えている。また、この検出部の裏面全体を覆うように、高熱伝導を有するカバーが設けられ、このカバーに冷却装置が設置されている。そして、この冷却装置により、検出部を冷却するというものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２８８１８４号公報
【特許文献２】
特開２００２−３４９６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に開示された光電変換装置では、シンチレータを通り抜けてしまったＸ線などの放射線による集積回路素子（信号処理回路チップ）に対する曝射を防止するため、放射線吸収材を設けている。このため、放射線吸収材を設けるための部品点数の増大と、装置の大型化といった問題がある。
【０００６】
一方、上記特許文献２に開示されたＸ線ＣＴ装置では、検出部全体を冷却している。このため、検出部内における各データ収集素子（信号処理回路チップ）のすべてを確実に冷却するのが難しいという問題があった。また、フォトダイオードやフォトダイオード自体が搭載される配線基板自体を冷却するものではなく、データ収集素子を外部から間接的に冷却するものである。このため、発熱体であるフォトダイオードやデータ収集素子に対する冷却効率が悪く、フォトダイオードに暗電流を発生させるおそれがあり、さらには装置の大型化を招くものであった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、装置の大型化や部品点数の増大を招くことなく、放射線による信号処理回路チップに対する曝射を防止するとともに、フォトダイオードアレイおよび信号処理回路チップを確実に冷却させることができる放射線検出器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係る放射線検出器は、放射線遮蔽機能を備えるとともに、複数の貫通孔が形成された金属コア層と、金属コア層における所定の通電領域を被覆する絶縁膜と、金属コア層の一方側の表面に搭載された信号処理回路チップと、金属コア層の他方側の表面に搭載され、可視光を電気信号に変換して信号処理回路チップに出力する複数のフォトダイオードを備えるフォトダイオードアレイチップと、フォトダイオードアレイチップの光入射面に配設されたシンチレータと、を有し、信号処理回路チップは、フォトダイオードチップを挟んだシンチレータの反対側に配置され、信号処理回路チップにおける金属コア層に取り付けられる面が、フォトダイオードアレイチップの光入射面より小さくされているものである。
【０００９】
本発明に係る放射線検出器においては、放射線遮蔽機能を有する金属コア層が設けられている。また、信号処理回路チップがフォトダイオードチップアレイを挟んだシンチレータの反対側に配置され、信号処理回路チップにおける金属コア層に取り付けられる面がフォトダイオードアレイチップの光入射面よりも小さくされている。このため、シンチレータを通り抜けてしまった放射線を金属コア層で遮蔽できるとともに、さらにフォトダイオードチップアレイによって信号処理回路チップに放射線が到達するのを防止している。したがって、シンチレータを通り抜けてしまった放射線から信号処理回路チップを好適に保護することができ、もって信号処理回路チップに対する曝射を防止することができる。
【００１０】
ここで、金属コア層の一部が露出しているのが好適である。金属コア層の一部が絶縁膜に覆われることなく露出していることにより、金属コア層を直接的かつ効果的に冷却することができる。したがって、金属コア層を介してフォトダイオードおよび信号処理回路チップを好適に冷却することができる。
【００１１】
また、金属コア層に放熱フィンが形成され、冷却装置が設けられ、あるいは高熱伝導材が取り付けられているのが好適である。
【００１２】
このように、放熱フィン、冷却装置、高熱伝導材などを用いたとしても、金属コア層を直接的に冷却することができる。したがって、金属コア層を介してフォトダイオードおよび信号処理回路チップを好適に冷却することができる。なお、本発明にいう高熱伝導材としては、アルミニウム、銅などを好適に用いることができる。
【００１３】
さらに、金属コア層における前記貫通孔が形成されている領域を除いた領域に前記信号処理回路チップが搭載されている態様とすることができる。
【００１４】
貫通孔が形成されている領域を除いた領域に信号処理回路チップが搭載されていることにより、金属コア層に遮断されることなく貫通孔を通過してきた放射線の曝射を信号処理回路チップが受けないようにすることができる。
【００１５】
また、金属コア層が、２層の金属層を備える態様とすることもできる。金属コア層が２層の金属層を備えることにより、
このとき、２層の金属層のうち、フォトダイオードアレイチップ側の金属層が放射線遮蔽金属層からなり、信号処理回路チップ側の金属層が高熱導電性金属層からなる態様とするのが好適である。
【００１６】
このように、２層の金属層のうち、フォトダイオードアレイチップ側の金属層が放射線遮蔽金属層であることにより、シンチレータを通り抜けてしまった放射線を効果的に遮蔽することができる。それとともに、信号処理回路チップ側の金属層が高熱導電性金属層からなることにより、金属コア層の冷却を効果的に行うことができる。
【００１７】
なお、放射線遮蔽金属層を形成する金属としては、たとえば鉛やモリブデンが好適に用いられ、高熱導電性金属層としては、たとえばアルミニウムが好適に用いられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面は説明の理解を容易にするため、誇張ないし省略している部分があり、その寸法比率は必ずしも実際のそれとは一致しない。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は裏面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１は、金属コア層１１を備えている。金属コア層１１の下面には信号処理回路ＩＣチップ（以下「ＩＣチップ」という）１２が搭載されている。また、金属コア層１１の上面にはフォトダイオードアレイチップ（以下「ＰＤアレイチップ」という）１３が載置されており、ＰＤアレイチップ１３の上面にはシンチレータ１４が載置されている。
【００２１】
金属コア層１１は、鉛やモリブデンなどの放射線遮蔽機能を備える金属によって形成されており、金属コア層１１には、その上面と下面との間を貫通する複数の貫通孔１５，１５…が形成されている。また、金属コア層１１における表面の一部は導体パターン１６が形成される通電領域とされており、金属コア層１１の表面における通電領域を含む範囲に、たとえばエポキシ樹脂からなる絶縁層１７が形成されている。導体パターン１６は、金属コア層１１の表面を覆う絶縁層１７の表面に形成されている。また、絶縁層１７は、金属コア層１１に形成された貫通孔１５，１５…をも被覆するように形成されており、貫通孔１５，１５…には導体ビアが通されている。このように、金属コア層１１の表面および貫通孔１５，１５…に形成される導体パターン１６は、絶縁層１７によって金属コア層１１とは絶縁されている。
【００２２】
さらに、金属コア層１１の下面側における両端部近傍位置には、凹凸形状をなす放熱フィン１８が形成されている。この放熱フィン１８が形成されている位置には、絶縁層１７は形成されておらず、放熱フィン１８は露出した状態にある。また、金属コア層１１の側面部にも絶縁層１７は形成されておらず、結局、絶縁層１７は、金属コア層１１の表面における側面部および放熱フィン１８を除いた部分、ならびに貫通孔１５，１５…を覆うようにして形成されている。
【００２３】
ＩＣチップ１２は、バンプ１９を介して導体パターン１６に接続されており、導体パターン１６およびバンプ１９を介して出力された電気信号に所定の信号処理を施して、放射線の検出を行う。また、ＩＣチップ１２は、金属コア層１１における貫通孔１５，１５…が形成されている位置を避けた位置に取り付けられて、金属コア層１１に搭載されている。
【００２４】
ＰＤアレイチップ１３は、図示しない複数のフォトダイオードを備えている。また、ＰＤアレイチップ１３には、光入射面となる上面と、金属コア層１１に面する下面の間を貫通する貫通電極２０が形成されている。この貫通電極２０は、金属コア層１１の表面に形成されたバンプ１９を介して導体パターン１６に接続されている。
【００２５】
また、ＩＣチップ１２における金属コア層１１に取り付けられる面の面積は、ＰＤアレイチップ１３の光入射面の面積より小さくされている。具体的には、たとえばＩＣチップ１２における金属コア層１１に取り付けられる面の面積は１５ｍｍ×１５ｍｍであるのに対してＰＤアレイチップ１３の光入射面の面積は２０ｍｍ×６０ｍｍとされている。
【００２６】
シンチレータ１４には、たとえば、ＴｌドープのＣｓＩが用いられており、ＣｓＩは多数の針状結晶（柱状結晶）が林立した構造を有している。放射線入射面（上面）から入射したＸ線などの放射線を可視光に変換して、可視光出射面（下面）から出射している。そして、可視光出射面から出射した可視光がＰＤアレイチップ１３に検出されると、電気信号がＰＤアレイチップ１３からバンプ１９および導体パターン１６を介して、ＩＣチップ１２に出力される。また、ＩＣチップ１２は、金属コア層１１およびＰＤアレイチップ１３を挟んだシンチレータ１４の反対側に配置されている。したがって、ＩＣチップ１２とシンチレータ１４との間には、金属コア層１１およびＰＤアレイチップ１３が介在され、ＩＣチップ１２は、シンチレータ１４の放射線入射面から入射する放射線の進行方向上に配置されていることになる。
【００２７】
以上の構成を有する本実施形態に係る放射線検出器１においては、上方から照射されるＸ線などの放射線がシンチレータ１４の放射線入射面から入射すると、シンチレータ１４によって可視光に変換される。変換された可視光は、シンチレータ１４における可視光出射面から出射してＰＤアレイチップ１３に到達する。ＰＤアレイチップ１３における図示しないフォトダイオードでは、シンチレータ１４から出射した可視光を検出している。ＰＤアレイチップ１３におけるフォトダイオードで可視光が検出された場合には、そのフォトダイオードからＩＣチップ１２に対して、バンプ１９および導体パターン１６を介して電気信号が出力される。ＩＣチップ１２では、出力された電気信号に基づいて、可視光が検出されたフォトダイオードの位置を確認することによって放射線を検出する。
【００２８】
ところで、シンチレータ１４に出射された放射線は、シンチレータ１４によって可視光に変換されるものの、完全に可視光に変換されず、ごく一部がシンチレータ１４を透過してしまうことがある。シンチレータ１４を透過した可視光がＩＣチップ１２に曝射されると、ＩＣチップ１２に誤作動やノイズの発生といった悪影響を及ぼすことがある。いま、ＩＣチップ１２は、放射線の進行方向上にあることから、シンチレータ１４を通り抜けた放射線は、そのままではＩＣチップ１２に到達してＩＣチップ１２に悪影響を与えるおそれがある。
【００２９】
この点、本実施形態に係る放射線検出器１では、シンチレータ１４とＩＣチップ１２の間には、金属コア層１１およびＰＤアレイチップ１３が介在されている。また、金属コア層１１は放射線遮蔽機能を備える鉛やモリブデンによって構成されている。このため、シンチレータ１４を通り抜けてしまった放射線は、金属コア層１１に遮蔽されて、ＩＣチップ１２にまでは届かないようにすることができる。
【００３０】
さらに、本実施形態に係る放射線検出器１では、ＩＣチップ１２が金属コア層１１における貫通孔１５，１５…を避けた位置に形成されている。このため、貫通孔１５，１５…を通って金属コア層１１を通り抜けてしまった放射線がＩＣチップ１２に曝射されるという事態を防止することができる。
【００３１】
しかも、ＩＣチップ１２における金属コア層１１に取り付けられている面の面積は、ＰＤアレイチップ１３の光入面の面積よりも小さくされている。そのため、放射線の一部がシンチレータ１４を通り抜けてしまった場合であっても、放射線はＩＣチップ１２に到達する前にＰＤアレイチップ１３に当たる。放射線がＰＤアレイチップ１３に当たってその進行を妨げられることから、放射線がＩＣチップ１２に到達することを効果的に防止することができる。
【００３２】
このように、ＰＤアレイチップ１３により、ＩＣチップ１２に対する曝射を防止することができるので、放射線吸収材などを別途設ける必要がなくなる。したがって、装置の大型化や部品点数の増大を招くことなく、放射線によるＩＣチップ１２に対する曝射を効果的に防止することができる。
【００３３】
他方、本実施形態に係る放射線検出器１において放射線の検出を行ううち、ＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３が発熱してくる。この発熱したＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を冷却しなければ、ＰＤアレイチップ１３におけるフォトダイオードに暗電流が発生するおそれがあるので、これらを効果的に冷却することが望まれる。
【００３４】
この点、本実施形態に係る放射線検出器１では、金属コア層１１の下面に放熱フィン１８が設けられており、金属コア層１１の一部である放熱フィン１８には、絶縁層１７が被覆されておらず、放熱フィン１８が露出した状態にある。このため、金属コア層１１を直接的かつ効果的に冷却することができる。このように、金属コア層１１を放熱フィン１８により直接冷却することにより、金属コア層１１に搭載されている発熱体であるＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３も効果的に冷却することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【００３６】
図２に示すように、本実施形態に係る放射線検出器２は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と同様の金属コア層１１、ＩＣチップ１２、ＰＤアレイチップ１３、およびシンチレータ１４を備えている。また、本実施形態では、ＰＤアレイチップ１３と金属コア層１１に形成された導体パターン１６とは、ボンディングワイヤ２１，２１…を介して接続されている。さらに、導体パターン１６とＩＣチップ１２とも同様に、ボンディングワイヤ２１，２１…を介して接続されている。その他の構成については、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００３７】
本実施形態に係る放射線検出器２のように、ＰＤアレイチップ１３と導体パターン１６およびＩＣチップ１２と導体パターン１６とがそれぞれボンディングワイヤ２１によって接続されている態様であっても、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１を介してＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を効果的に冷却することができる。
【００３８】
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、本発明の第３の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【００３９】
図３に示すように、本実施形態に係る放射線検出器３は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１に比べ、ＰＤアレイチップ１３の代わりに裏面入射型ＰＤアレイチップ２３を用いている点で異なる。裏面入射型ＰＤアレイチップ２３では、裏面に相当する上面から可視光が入射され、下面が金属コア層１１に取り付けられる。裏面入射型ＰＤアレイチップ２３は、図示しない複数のフォトダイオードを備えており、これらのフォトダイオードがバンプ１９を介して導体パターン１６に接続されている。その他の構成については、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００４０】
この本実施形態に係る放射線検出器３のように、裏面入射型ＰＤアレイチップ２３を用いた場合でも、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１を介してＩＣチップ１２および裏面入射型ＰＤアレイチップ２３を効果的に冷却することができる。
【００４１】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図４は、本発明の第４の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００４２】
図４に示すように、本実施形態に係る放射線検出器４は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層１１の両端部に放熱フィンが形成されていない代わりに、冷却装置としてのペルチェ素子２４が取り付けられている。その他の構成は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００４３】
この第４の実施形態においては、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１にペルチェ素子２４が取り付けられている。このため、金属コア層１１をペルチェ素子２４によって直接的に冷却することができるので、金属コア層１１に搭載されたＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を効果的に冷却することができる。しかも、ペルチェ素子２４のような冷却装置を用いることによりＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３の発熱量に応じた冷却を行うような制御を行うこともできる。
【００４４】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図５は、本発明の第５の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態に係る放射線検出器５は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層１１の両端部に放熱フィンが形成されていない代わりに、冷却装置としての水パイプを取り付けるための設置溝２５が形成されている。この設置溝２５に、それぞれ破線で示す水パイプ２６が設置されている。水パイプ２６は、図示しないポンプに接続されており、水パイプ２６内に冷却水が流れるようになっている。その他の構成は上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００４６】
以上の構成を有する本実施形態に係る放射線検出器５においては、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１に形成された設置溝２５，２５に水パイプ２６，２６が設置されている。このため、水パイプ２６，２６に冷却水を通水することにより、金属コア層１１を直接的に冷却することができるので、金属コア層１１に搭載されたＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を効果的に冷却することができる。また、水パイプ２６に接続されるポンプを、流量制御ポンプとし、あるいは冷却水の温度を調整する温度調整装置を設けるなどして、水パイプ２６に流す水の流量や温度を調整すること等により、ＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３の発熱量に応じた冷却を行うような制御を行うこともできる。
【００４７】
続いて、本発明の第６の実施形態について説明する。図６は、本発明の第６の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００４８】
図６に示すように、本実施形態に係る放射線検出器６は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層１１の両端部に放熱フィンが形成されていない代わりに、高熱伝導材としてのアルミニウムからなるアルミニウムインゴット２７が取り付けられている。その他の構成は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００４９】
この第６の実施形態においては、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１にアルミニウムインゴット２７が取り付けられている。このため、金属コア層１１をアルミニウムインゴット２７によって直接的に冷却することができるので、金属コア層１１に搭載されたＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を効果的に冷却することができる。
【００５０】
続いて、本発明の第７の実施形態について説明する。図７は、本発明の第７の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００５１】
図７に示すように、本実施形態に係る放射線検出器７は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層が２層の金属層からなる点において異なり、その他の構成は上記第１の実施形態と実質的に同一である。放射線検出器７における金属コア層２８は、ＰＤアレイチップ１３側の金属層（以下「上層金属層」という）２８Ａと、ＩＣチップ１２側の金属層（以下「下層金属層」という）２８Ｂとを備えている。上層金属層２８Ａおよび下層金属層２８Ｂは、いずれも放射線遮蔽機能を備える鉛やモリブデンなどの放射線遮蔽金属によって形成されている。このうちの下層金属層２８Ｂに放熱フィン１８が形成されている。
【００５２】
また、上層金属層２８Ａには、複数の貫通孔２９Ａ，２９Ａ…が形成されており、下層金属層２８Ｂには、複数の貫通孔２９Ｂ，２９Ｂ…が形成されており、いずれも絶縁層１７によって被覆されている。また、上層金属層２８Ａに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…と、下層金属層２８Ｂに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…は、それぞれその位置がずれるようにして形成されている。さらに、ＩＣチップ１２は、上層金属層２８Ａに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…および下層金属層２８Ｂに形成された貫通孔２９Ｂ，２９Ｂ…を避けた位置に形成されている。
【００５３】
以上の構成を有する本実施形態に係る放射線検出器７においては、金属コア層が２層の放射線遮蔽金属からなり、それらに形成される貫通孔がそれぞれの位置がずれるようにして形成されている。このため、シンチレータ１４を通り抜けてしまい、ＰＤアレイチップ１３側からくる放射線が上層金属層２８Ａにおける貫通孔２９Ａ，２９Ａ…を通過してしまった場合でも、下層金属層２８Ｂにおける貫通孔２９Ｂ，２９Ｂ…は通過しないようになっている。このため、放射線がＩＣチップ１２にまで到達する事態を防止することができるので、ＩＣチップ１２の曝射をより確実に防止することができる。
【００５４】
続いて、本発明の第８の実施形態について説明する。図８は、本発明の第８の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００５５】
図８に示すように、本実施形態に係る放射線検出器８は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層が２層の金属層からなる点において異なり、その他の構成は上記第１の実施形態と実質的に同一である。放射線検出器７における金属コア層３０は、ＰＤアレイチップ１３側に形成された放射線遮蔽機能を備える放射線遮蔽金属層３０Ａと、ＩＣチップ１２側に形成された高熱導電性金属からなる高熱伝導性金属層３０Ｂによって構成されている。放射線遮蔽金属層３０Ａは、たとえば鉛やモリブデンによって形成されており、高熱伝導性金属層３０Ｂは、たとえばアルミニウムや銅によって形成されている。この高熱伝導性金属層３０Ｂに放熱フィン１８が設けられている。
【００５６】
放射線遮蔽金属層３０Ａには、複数の貫通孔３１Ａ，３１Ａ…が形成されており、高熱伝導性金属層３０Ｂには、複数の貫通孔３１Ｂ，３１Ｂ…が形成されており、いずれも絶縁層１７によって被覆されている。また、放射線遮蔽金属層３０Ａに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…と、高熱伝導性金属層３０Ｂに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…は、それぞれ対応する位置に形成されている。そのため、絶縁層１７を容易に被覆させることができるとともに、導体ビアを容易に貫通させることができるようになっている。
【００５７】
以上の構成を有する本実施形態に係る放射線検出器７においては、金属コア層が２層の金属層を備えており、ＰＤアレイチップ１３側に放射線遮蔽金属層３０Ａが形成されている。このため、シンチレータ１４を通り抜けてしまい、ＰＤアレイチップ１３側からくる放射線を、ＩＣチップ１２から遠い位置で遮蔽することができる。したがって、ＩＣチップ１２に対する曝射を効果的に防止することができる。また、ＩＣチップ１２側には、高熱伝導性金属層３０Ｂが形成されている。このため、ＩＣチップ１２からの発熱を良好に逃がすことができ、冷却効果を高めることができる。
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態の例について種々説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、放熱フィンを露出した状態としているが、放熱フィンにアルミ箔などの高熱伝導率の金属箔を貼り付けて、冷却効果をさらに高めることができる。また上記各実施形態では、放熱フィンや冷却装置などを金属コア層の下側に形成しているが、これらを金属コア層の上側に形成する態様とすることができる。さらに、上記各実施形態を組み合わせた態様とすることももちろんできる。たとえば上記第３〜第８の実施形態では、ＰＤアレイチップと導体パターンとＩＣチップとを接続するのにバンプを利用しているが、これに代えてボンディングワイヤを用いることもできる。また、バンプとボンディングワイヤとを適宜組み合わせて接続する態様とすることもできる。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明によれば、装置の大型化や部品点数の増大を招くことなく、放射線による信号処理回路チップに対する曝射を防止するとともに、信号処理回路チップを確実に冷却させることができる放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は裏面図である。
【図２】第２の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】第３の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図４】第４の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【図５】第５の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【図６】第６の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【図７】第７の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【図８】第８の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【符号の説明】
１〜８…放射線検出器、１１…金属コア層、１２…ＩＣチップ、１３…ＰＤアレイチップ、１４…シンチレータ、１５…貫通孔、１６…導体パターン、１７…絶縁層、１８…放熱フィン、１９…バンプ、２０…貫通電極、２１…ボンディングワイヤ、２３…裏面入射型ＰＤアレイチップ、２４…ペルチェ素子、２５…設置溝、２６…水パイプ、２７…アルミニウムインゴット、２８…金属コア層、２８Ａ…上層金属層、２８Ｂ…下層金属層、２９Ａ，２９Ｂ…貫通孔、３０…金属コア層、３０Ａ…放射線遮蔽金属層、３０Ｂ…高熱伝導性金属層、３１Ａ，３１Ｂ…貫通孔。
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線などの放射線を検出する装置に用いられるものとして、たとえば特開平９−２８８１８４号公報（特許文献１）に開示された光電変換装置がある。この光電変換装置は、絶縁基板を備えている。この絶縁基板の表面に光電変換手段が搭載され、その上方には、シンチレータが配設されている。また、絶縁基板の裏面には集積回路素子が設けられ、絶縁基板と集積回路素子の間には、放射線吸収材が設けられている。そして、上方から入射するＸ線などの放射線をシンチレータによって可視光に変換し、変換された可視光を光電変換手段で電気に変換して、絶縁基板の裏面に設けられた集積回路素子に供給して、放射線を検出するものである。また、放射線吸収材により、シンチレータを通り抜けてしまった放射線による集積回路素子に対する曝射を防止している。
【０００３】
また、この種の放射線を検出する装置として、特開２００２−３４９６８号公報（特許文献２）に開示されているＸ線ＣＴ装置もある。このＸ線ＣＴ装置は、シンチレータブロックと、このシンチレータブロックに光学的に接続されたフォトダイオードアレイとを備え、フォトダイオードアレイからの電気信号を受けるデータ収集素子が基板上に実装された検出部を備えている。また、この検出部の裏面全体を覆うように、高熱伝導を有するカバーが設けられ、このカバーに冷却装置が設置されている。そして、この冷却装置により、検出部を冷却するというものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２８８１８４号公報
【特許文献２】
特開２００２−３４９６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に開示された光電変換装置では、シンチレータを通り抜けてしまったＸ線などの放射線による集積回路素子（信号処理回路チップ）に対する曝射を防止するため、放射線吸収材を設けている。このため、放射線吸収材を設けるための部品点数の増大と、装置の大型化といった問題がある。
【０００６】
一方、上記特許文献２に開示されたＸ線ＣＴ装置では、検出部全体を冷却している。このため、検出部内における各データ収集素子（信号処理回路チップ）のすべてを確実に冷却するのが難しいという問題があった。また、フォトダイオードやフォトダイオード自体が搭載される配線基板自体を冷却するものではなく、データ収集素子を外部から間接的に冷却するものである。このため、発熱体であるフォトダイオードやデータ収集素子に対する冷却効率が悪く、フォトダイオードに暗電流を発生させるおそれがあり、さらには装置の大型化を招くものであった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、装置の大型化や部品点数の増大を招くことなく、放射線による信号処理回路チップに対する曝射を防止するとともに、フォトダイオードアレイおよび信号処理回路チップを確実に冷却させることができる放射線検出器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係る放射線検出器は、放射線遮蔽機能を備えるとともに、複数の貫通孔が形成された金属コア層と、金属コア層における所定の通電領域を被覆する絶縁膜と、金属コア層の一方側の表面に搭載された信号処理回路チップと、金属コア層の他方側の表面に搭載され、可視光を電気信号に変換して信号処理回路チップに出力する複数のフォトダイオードを備えるフォトダイオードアレイチップと、フォトダイオードアレイチップの光入射面に配設されたシンチレータと、を有し、信号処理回路チップは、フォトダイオードチップを挟んだシンチレータの反対側に配置され、信号処理回路チップにおける金属コア層に取り付けられる面が、フォトダイオードアレイチップの光入射面より小さくされているものである。
【０００９】
本発明に係る放射線検出器においては、放射線遮蔽機能を有する金属コア層が設けられている。また、信号処理回路チップがフォトダイオードチップアレイを挟んだシンチレータの反対側に配置され、信号処理回路チップにおける金属コア層に取り付けられる面がフォトダイオードアレイチップの光入射面よりも小さくされている。このため、シンチレータを通り抜けてしまった放射線を金属コア層で遮蔽できるとともに、さらにフォトダイオードチップアレイによって信号処理回路チップに放射線が到達するのを防止している。したがって、シンチレータを通り抜けてしまった放射線から信号処理回路チップを好適に保護することができ、もって信号処理回路チップに対する曝射を防止することができる。
【００１０】
ここで、金属コア層の一部が露出しているのが好適である。金属コア層の一部が絶縁膜に覆われることなく露出していることにより、金属コア層を直接的かつ効果的に冷却することができる。したがって、金属コア層を介してフォトダイオードおよび信号処理回路チップを好適に冷却することができる。
【００１１】
また、金属コア層に放熱フィンが形成され、冷却装置が設けられ、あるいは高熱伝導材が取り付けられているのが好適である。
【００１２】
このように、放熱フィン、冷却装置、高熱伝導材などを用いたとしても、金属コア層を直接的に冷却することができる。したがって、金属コア層を介してフォトダイオードおよび信号処理回路チップを好適に冷却することができる。なお、本発明にいう高熱伝導材としては、アルミニウム、銅などを好適に用いることができる。
【００１３】
さらに、金属コア層における前記貫通孔が形成されている領域を除いた領域に前記信号処理回路チップが搭載されている態様とすることができる。
【００１４】
貫通孔が形成されている領域を除いた領域に信号処理回路チップが搭載されていることにより、金属コア層に遮断されることなく貫通孔を通過してきた放射線の曝射を信号処理回路チップが受けないようにすることができる。
【００１５】
また、金属コア層が、２層の金属層を備える態様とすることもできる。金属コア層が２層の金属層を備えることにより、
このとき、２層の金属層のうち、フォトダイオードアレイチップ側の金属層が放射線遮蔽金属層からなり、信号処理回路チップ側の金属層が高熱導電性金属層からなる態様とするのが好適である。
【００１６】
このように、２層の金属層のうち、フォトダイオードアレイチップ側の金属層が放射線遮蔽金属層であることにより、シンチレータを通り抜けてしまった放射線を効果的に遮蔽することができる。それとともに、信号処理回路チップ側の金属層が高熱導電性金属層からなることにより、金属コア層の冷却を効果的に行うことができる。
【００１７】
なお、放射線遮蔽金属層を形成する金属としては、たとえば鉛やモリブデンが好適に用いられ、高熱導電性金属層としては、たとえばアルミニウムが好適に用いられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面は説明の理解を容易にするため、誇張ないし省略している部分があり、その寸法比率は必ずしも実際のそれとは一致しない。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は裏面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１は、金属コア層１１を備えている。金属コア層１１の下面には信号処理回路ＩＣチップ（以下「ＩＣチップ」という）１２が搭載されている。また、金属コア層１１の上面にはフォトダイオードアレイチップ（以下「ＰＤアレイチップ」という）１３が載置されており、ＰＤアレイチップ１３の上面にはシンチレータ１４が載置されている。
【００２１】
金属コア層１１は、鉛やモリブデンなどの放射線遮蔽機能を備える金属によって形成されており、金属コア層１１には、その上面と下面との間を貫通する複数の貫通孔１５，１５…が形成されている。また、金属コア層１１における表面の一部は導体パターン１６が形成される通電領域とされており、金属コア層１１の表面における通電領域を含む範囲に、たとえばエポキシ樹脂からなる絶縁層１７が形成されている。導体パターン１６は、金属コア層１１の表面を覆う絶縁層１７の表面に形成されている。また、絶縁層１７は、金属コア層１１に形成された貫通孔１５，１５…をも被覆するように形成されており、貫通孔１５，１５…には導体ビアが通されている。このように、金属コア層１１の表面および貫通孔１５，１５…に形成される導体パターン１６は、絶縁層１７によって金属コア層１１とは絶縁されている。
【００２２】
さらに、金属コア層１１の下面側における両端部近傍位置には、凹凸形状をなす放熱フィン１８が形成されている。この放熱フィン１８が形成されている位置には、絶縁層１７は形成されておらず、放熱フィン１８は露出した状態にある。また、金属コア層１１の側面部にも絶縁層１７は形成されておらず、結局、絶縁層１７は、金属コア層１１の表面における側面部および放熱フィン１８を除いた部分、ならびに貫通孔１５，１５…を覆うようにして形成されている。
【００２３】
ＩＣチップ１２は、バンプ１９を介して導体パターン１６に接続されており、導体パターン１６およびバンプ１９を介して出力された電気信号に所定の信号処理を施して、放射線の検出を行う。また、ＩＣチップ１２は、金属コア層１１における貫通孔１５，１５…が形成されている位置を避けた位置に取り付けられて、金属コア層１１に搭載されている。
【００２４】
ＰＤアレイチップ１３は、図示しない複数のフォトダイオードを備えている。また、ＰＤアレイチップ１３には、光入射面となる上面と、金属コア層１１に面する下面の間を貫通する貫通電極２０が形成されている。この貫通電極２０は、金属コア層１１の表面に形成されたバンプ１９を介して導体パターン１６に接続されている。
【００２５】
また、ＩＣチップ１２における金属コア層１１に取り付けられる面の面積は、ＰＤアレイチップ１３の光入射面の面積より小さくされている。具体的には、たとえばＩＣチップ１２における金属コア層１１に取り付けられる面の面積は１５ｍｍ×１５ｍｍであるのに対してＰＤアレイチップ１３の光入射面の面積は２０ｍｍ×６０ｍｍとされている。
【００２６】
シンチレータ１４には、たとえば、ＴｌドープのＣｓＩが用いられており、ＣｓＩは多数の針状結晶（柱状結晶）が林立した構造を有している。放射線入射面（上面）から入射したＸ線などの放射線を可視光に変換して、可視光出射面（下面）から出射している。そして、可視光出射面から出射した可視光がＰＤアレイチップ１３に検出されると、電気信号がＰＤアレイチップ１３からバンプ１９および導体パターン１６を介して、ＩＣチップ１２に出力される。また、ＩＣチップ１２は、金属コア層１１およびＰＤアレイチップ１３を挟んだシンチレータ１４の反対側に配置されている。したがって、ＩＣチップ１２とシンチレータ１４との間には、金属コア層１１およびＰＤアレイチップ１３が介在され、ＩＣチップ１２は、シンチレータ１４の放射線入射面から入射する放射線の進行方向上に配置されていることになる。
【００２７】
以上の構成を有する本実施形態に係る放射線検出器１においては、上方から照射されるＸ線などの放射線がシンチレータ１４の放射線入射面から入射すると、シンチレータ１４によって可視光に変換される。変換された可視光は、シンチレータ１４における可視光出射面から出射してＰＤアレイチップ１３に到達する。ＰＤアレイチップ１３における図示しないフォトダイオードでは、シンチレータ１４から出射した可視光を検出している。ＰＤアレイチップ１３におけるフォトダイオードで可視光が検出された場合には、そのフォトダイオードからＩＣチップ１２に対して、バンプ１９および導体パターン１６を介して電気信号が出力される。ＩＣチップ１２では、出力された電気信号に基づいて、可視光が検出されたフォトダイオードの位置を確認することによって放射線を検出する。
【００２８】
ところで、シンチレータ１４に出射された放射線は、シンチレータ１４によって可視光に変換されるものの、完全に可視光に変換されず、ごく一部がシンチレータ１４を透過してしまうことがある。シンチレータ１４を透過した可視光がＩＣチップ１２に曝射されると、ＩＣチップ１２に誤作動やノイズの発生といった悪影響を及ぼすことがある。いま、ＩＣチップ１２は、放射線の進行方向上にあることから、シンチレータ１４を通り抜けた放射線は、そのままではＩＣチップ１２に到達してＩＣチップ１２に悪影響を与えるおそれがある。
【００２９】
この点、本実施形態に係る放射線検出器１では、シンチレータ１４とＩＣチップ１２の間には、金属コア層１１およびＰＤアレイチップ１３が介在されている。また、金属コア層１１は放射線遮蔽機能を備える鉛やモリブデンによって構成されている。このため、シンチレータ１４を通り抜けてしまった放射線は、金属コア層１１に遮蔽されて、ＩＣチップ１２にまでは届かないようにすることができる。
【００３０】
さらに、本実施形態に係る放射線検出器１では、ＩＣチップ１２が金属コア層１１における貫通孔１５，１５…を避けた位置に形成されている。このため、貫通孔１５，１５…を通って金属コア層１１を通り抜けてしまった放射線がＩＣチップ１２に曝射されるという事態を防止することができる。
【００３１】
しかも、ＩＣチップ１２における金属コア層１１に取り付けられている面の面積は、ＰＤアレイチップ１３の光入面の面積よりも小さくされている。そのため、放射線の一部がシンチレータ１４を通り抜けてしまった場合であっても、放射線はＩＣチップ１２に到達する前にＰＤアレイチップ１３に当たる。放射線がＰＤアレイチップ１３に当たってその進行を妨げられることから、放射線がＩＣチップ１２に到達することを効果的に防止することができる。
【００３２】
このように、ＰＤアレイチップ１３により、ＩＣチップ１２に対する曝射を防止することができるので、放射線吸収材などを別途設ける必要がなくなる。したがって、装置の大型化や部品点数の増大を招くことなく、放射線によるＩＣチップ１２に対する曝射を効果的に防止することができる。
【００３３】
他方、本実施形態に係る放射線検出器１において放射線の検出を行ううち、ＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３が発熱してくる。この発熱したＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を冷却しなければ、ＰＤアレイチップ１３におけるフォトダイオードに暗電流が発生するおそれがあるので、これらを効果的に冷却することが望まれる。
【００３４】
この点、本実施形態に係る放射線検出器１では、金属コア層１１の下面に放熱フィン１８が設けられており、金属コア層１１の一部である放熱フィン１８には、絶縁層１７が被覆されておらず、放熱フィン１８が露出した状態にある。このため、金属コア層１１を直接的かつ効果的に冷却することができる。このように、金属コア層１１を放熱フィン１８により直接冷却することにより、金属コア層１１に搭載されている発熱体であるＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３も効果的に冷却することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【００３６】
図２に示すように、本実施形態に係る放射線検出器２は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と同様の金属コア層１１、ＩＣチップ１２、ＰＤアレイチップ１３、およびシンチレータ１４を備えている。また、本実施形態では、ＰＤアレイチップ１３と金属コア層１１に形成された導体パターン１６とは、ボンディングワイヤ２１，２１…を介して接続されている。さらに、導体パターン１６とＩＣチップ１２とも同様に、ボンディングワイヤ２１，２１…を介して接続されている。その他の構成については、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００３７】
本実施形態に係る放射線検出器２のように、ＰＤアレイチップ１３と導体パターン１６およびＩＣチップ１２と導体パターン１６とがそれぞれボンディングワイヤ２１によって接続されている態様であっても、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１を介してＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を効果的に冷却することができる。
【００３８】
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、本発明の第３の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【００３９】
図３に示すように、本実施形態に係る放射線検出器３は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１に比べ、ＰＤアレイチップ１３の代わりに裏面入射型ＰＤアレイチップ２３を用いている点で異なる。裏面入射型ＰＤアレイチップ２３では、裏面に相当する上面から可視光が入射され、下面が金属コア層１１に取り付けられる。裏面入射型ＰＤアレイチップ２３は、図示しない複数のフォトダイオードを備えており、これらのフォトダイオードがバンプ１９を介して導体パターン１６に接続されている。その他の構成については、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００４０】
この本実施形態に係る放射線検出器３のように、裏面入射型ＰＤアレイチップ２３を用いた場合でも、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１を介してＩＣチップ１２および裏面入射型ＰＤアレイチップ２３を効果的に冷却することができる。
【００４１】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図４は、本発明の第４の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００４２】
図４に示すように、本実施形態に係る放射線検出器４は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層１１の両端部に放熱フィンが形成されていない代わりに、冷却装置としてのペルチェ素子２４が取り付けられている。その他の構成は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００４３】
この第４の実施形態においては、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１にペルチェ素子２４が取り付けられている。このため、金属コア層１１をペルチェ素子２４によって直接的に冷却することができるので、金属コア層１１に搭載されたＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を効果的に冷却することができる。しかも、ペルチェ素子２４のような冷却装置を用いることによりＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３の発熱量に応じた冷却を行うような制御を行うこともできる。
【００４４】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図５は、本発明の第５の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態に係る放射線検出器５は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層１１の両端部に放熱フィンが形成されていない代わりに、冷却装置としての水パイプを取り付けるための設置溝２５が形成されている。この設置溝２５に、それぞれ破線で示す水パイプ２６が設置されている。水パイプ２６は、図示しないポンプに接続されており、水パイプ２６内に冷却水が流れるようになっている。その他の構成は上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００４６】
以上の構成を有する本実施形態に係る放射線検出器５においては、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１に形成された設置溝２５，２５に水パイプ２６，２６が設置されている。このため、水パイプ２６，２６に冷却水を通水することにより、金属コア層１１を直接的に冷却することができるので、金属コア層１１に搭載されたＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を効果的に冷却することができる。また、水パイプ２６に接続されるポンプを、流量制御ポンプとし、あるいは冷却水の温度を調整する温度調整装置を設けるなどして、水パイプ２６に流す水の流量や温度を調整すること等により、ＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３の発熱量に応じた冷却を行うような制御を行うこともできる。
【００４７】
続いて、本発明の第６の実施形態について説明する。図６は、本発明の第６の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００４８】
図６に示すように、本実施形態に係る放射線検出器６は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層１１の両端部に放熱フィンが形成されていない代わりに、高熱伝導材としてのアルミニウムからなるアルミニウムインゴット２７が取り付けられている。その他の構成は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と実質的に同一である。
【００４９】
この第６の実施形態においては、上記第１の実施形態と同様、ＩＣチップ１２に対する放射線の曝射を効果的に防止することができる。また、金属コア層１１にアルミニウムインゴット２７が取り付けられている。このため、金属コア層１１をアルミニウムインゴット２７によって直接的に冷却することができるので、金属コア層１１に搭載されたＩＣチップ１２およびＰＤアレイチップ１３を効果的に冷却することができる。
【００５０】
続いて、本発明の第７の実施形態について説明する。図７は、本発明の第７の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００５１】
図７に示すように、本実施形態に係る放射線検出器７は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層が２層の金属層からなる点において異なり、その他の構成は上記第１の実施形態と実質的に同一である。放射線検出器７における金属コア層２８は、ＰＤアレイチップ１３側の金属層（以下「上層金属層」という）２８Ａと、ＩＣチップ１２側の金属層（以下「下層金属層」という）２８Ｂとを備えている。上層金属層２８Ａおよび下層金属層２８Ｂは、いずれも放射線遮蔽機能を備える鉛やモリブデンなどの放射線遮蔽金属によって形成されている。このうちの下層金属層２８Ｂに放熱フィン１８が形成されている。
【００５２】
また、上層金属層２８Ａには、複数の貫通孔２９Ａ，２９Ａ…が形成されており、下層金属層２８Ｂには、複数の貫通孔２９Ｂ，２９Ｂ…が形成されており、いずれも絶縁層１７によって被覆されている。また、上層金属層２８Ａに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…と、下層金属層２８Ｂに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…は、それぞれその位置がずれるようにして形成されている。さらに、ＩＣチップ１２は、上層金属層２８Ａに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…および下層金属層２８Ｂに形成された貫通孔２９Ｂ，２９Ｂ…を避けた位置に形成されている。
【００５３】
以上の構成を有する本実施形態に係る放射線検出器７においては、金属コア層が２層の放射線遮蔽金属からなり、それらに形成される貫通孔がそれぞれの位置がずれるようにして形成されている。このため、シンチレータ１４を通り抜けてしまい、ＰＤアレイチップ１３側からくる放射線が上層金属層２８Ａにおける貫通孔２９Ａ，２９Ａ…を通過してしまった場合でも、下層金属層２８Ｂにおける貫通孔２９Ｂ，２９Ｂ…は通過しないようになっている。このため、放射線がＩＣチップ１２にまで到達する事態を防止することができるので、ＩＣチップ１２の曝射をより確実に防止することができる。
【００５４】
続いて、本発明の第８の実施形態について説明する。図８は、本発明の第８の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【００５５】
図８に示すように、本実施形態に係る放射線検出器８は、上記第１の実施形態に係る放射線検出器１と比較して、金属コア層が２層の金属層からなる点において異なり、その他の構成は上記第１の実施形態と実質的に同一である。放射線検出器７における金属コア層３０は、ＰＤアレイチップ１３側に形成された放射線遮蔽機能を備える放射線遮蔽金属層３０Ａと、ＩＣチップ１２側に形成された高熱導電性金属からなる高熱伝導性金属層３０Ｂによって構成されている。放射線遮蔽金属層３０Ａは、たとえば鉛やモリブデンによって形成されており、高熱伝導性金属層３０Ｂは、たとえばアルミニウムや銅によって形成されている。この高熱伝導性金属層３０Ｂに放熱フィン１８が設けられている。
【００５６】
放射線遮蔽金属層３０Ａには、複数の貫通孔３１Ａ，３１Ａ…が形成されており、高熱伝導性金属層３０Ｂには、複数の貫通孔３１Ｂ，３１Ｂ…が形成されており、いずれも絶縁層１７によって被覆されている。また、放射線遮蔽金属層３０Ａに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…と、高熱伝導性金属層３０Ｂに形成された貫通孔２９Ａ，２９Ａ…は、それぞれ対応する位置に形成されている。そのため、絶縁層１７を容易に被覆させることができるとともに、導体ビアを容易に貫通させることができるようになっている。
【００５７】
以上の構成を有する本実施形態に係る放射線検出器７においては、金属コア層が２層の金属層を備えており、ＰＤアレイチップ１３側に放射線遮蔽金属層３０Ａが形成されている。このため、シンチレータ１４を通り抜けてしまい、ＰＤアレイチップ１３側からくる放射線を、ＩＣチップ１２から遠い位置で遮蔽することができる。したがって、ＩＣチップ１２に対する曝射を効果的に防止することができる。また、ＩＣチップ１２側には、高熱伝導性金属層３０Ｂが形成されている。このため、ＩＣチップ１２からの発熱を良好に逃がすことができ、冷却効果を高めることができる。
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態の例について種々説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、放熱フィンを露出した状態としているが、放熱フィンにアルミ箔などの高熱伝導率の金属箔を貼り付けて、冷却効果をさらに高めることができる。また上記各実施形態では、放熱フィンや冷却装置などを金属コア層の下側に形成しているが、これらを金属コア層の上側に形成する態様とすることができる。さらに、上記各実施形態を組み合わせた態様とすることももちろんできる。たとえば上記第３〜第８の実施形態では、ＰＤアレイチップと導体パターンとＩＣチップとを接続するのにバンプを利用しているが、これに代えてボンディングワイヤを用いることもできる。また、バンプとボンディングワイヤとを適宜組み合わせて接続する態様とすることもできる。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明によれば、装置の大型化や部品点数の増大を招くことなく、放射線による信号処理回路チップに対する曝射を防止するとともに、信号処理回路チップを確実に冷却させることができる放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は裏面図である。
【図２】第２の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】第３の実施形態に係る放射線検出器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図４】第４の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【図５】第５の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【図６】第６の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【図７】第７の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【図８】第８の実施形態に係る放射線検出器の側断面図である。
【符号の説明】
１〜８…放射線検出器、１１…金属コア層、１２…ＩＣチップ、１３…ＰＤアレイチップ、１４…シンチレータ、１５…貫通孔、１６…導体パターン、１７…絶縁層、１８…放熱フィン、１９…バンプ、２０…貫通電極、２１…ボンディングワイヤ、２３…裏面入射型ＰＤアレイチップ、２４…ペルチェ素子、２５…設置溝、２６…水パイプ、２７…アルミニウムインゴット、２８…金属コア層、２８Ａ…上層金属層、２８Ｂ…下層金属層、２９Ａ，２９Ｂ…貫通孔、３０…金属コア層、３０Ａ…放射線遮蔽金属層、３０Ｂ…高熱伝導性金属層、３１Ａ，３１Ｂ…貫通孔。
Claims (8)
- 放射線遮蔽機能を備えるとともに、複数の貫通孔が形成された金属コア層と、
前記金属コア層における所定の通電領域を被覆する絶縁膜と、
前記金属コア層の一方側の表面に搭載された信号処理回路チップと、
前記金属コア層の他方側の表面に搭載され、可視光を電気信号に変換して前記信号処理回路チップに出力する複数のフォトダイオードを備えるフォトダイオードアレイチップと、
前記フォトダイオードアレイチップの光入射面に配設されたシンチレータと、
を有し、
前記信号処理回路チップは、前記フォトダイオードチップを挟んだ前記シンチレータの反対側に配置され、
前記信号処理回路チップにおける前記金属コア層に取り付けられる面が、前記フォトダイオードアレイチップの光入射面より小さくされていることを特徴とする放射線検出器。 - 前記金属コア層の一部が露出している請求項１に記載の放射線検出器。
- 前記金属コア層に放熱フィンが形成されている請求項１または請求項２に記載の放射線検出器。
- 前記金属コア層に冷却装置が設けられている請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の放射線検出器。
- 前記金属コア層に高熱伝導材が取り付けられている請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の放射線検出器。
- 前記金属コア層における前記貫通孔が形成されている領域を除いた領域に前記信号処理回路チップが搭載されている請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の放射線検出器。
- 前記金属コア層が、２層の金属層を備える請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の放射線検出器。
- 前記２層の金属層のうち、フォトダイオードアレイチップ側の金属層が放射線遮蔽金属層からなり、信号処理回路チップ側の金属層が高熱導電性金属層からなる請求項７に記載の放射線検出器。
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