JP2004273747A - 光検出器および放射線検出装置 - Google Patents
光検出器および放射線検出装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】回路基板上に複数の放射線受線モジュールを有し、かかる放射線受線モジュールは、二次元シンチレータアレイ3と、光電変換器4とを有する。光電変換器4は、基板12と、基板12上面に形成された溝部13a〜13dに埋め込まれたフォトダイオードアレイ14a〜14dとを備え、二次元シンチレータアレイ3は、フォトダイオードアレイ14a〜14dが備えるフォトダイオード素子15に対応して配置されたシンチレータ素子10と、シンチレータ素子10間に配置されたセパレータ11とを備える。かかる構造を有することによって製造歩留まりを向上し、基板12の上面において光電変換素子たるフォトダイオード素子15の占有面積を向上させている。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、光強度分布または放射線強度分布に応じた電気信号を出力する技術に関し、特に、光電変換素子が配置される平面において、光電変換素子が占める面積の割合を高く維持し、製造歩留まりの向上が可能な光検出器および放射線検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
医療機関などで使用されるX線CT装置では、被検体に対してX線を照射することによって被検体の内部構造を撮影する。具体的には、X線CT装置は、X線照射源と、X線照射源と被検体を介して対抗配置された、X線検出部が一次元アレイ状に配置された構造の放射線検出器を有する。ここで、検出部は、受線したX線を電気信号に変換する機能を有し、X線を可視光線に変換するシンチレータ素子と、可視光線を電気信号に変換するフォトダイオードとを有する。この放射線検出器によって被検体を通過したX線を受線し、受線したX線に基づいて得られる電気信号を記録する。そして、X線照射源と放射線検出器の位置関係を維持したまま、X線を照射する角度を様々に変化させてX線の受線をくり返す。その後、得られた電気信号に対してコンボルーション(畳み込み)やバックプロジェクション(逆投影)等の処理をおこなうことで、X線が通過した被検体の断面(以下、「スライス」と言う)の画像を再構成する。
【0003】
特に近年、一回のX線照射によって、同時に複数のスライスについて撮影することのできるマルチスライスX線CT装置の開発が盛んである。マルチスライスX線CT装置は、複数のスライスに対応して、アレイ状のX線検出部を複数配置して、それぞれのスライスを通過したX線を収集してスライス画像を再構成している。したがって、マルチスライスX線CT装置においては、検出部が一次元アレイ状ではなく、二次元アレイ状に配置された、放射線検出装置を備える必要がある。このため、検出部を構成するフォトダイオードについても、二次元的に配置されなければならない(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
かかる放射線検出装置として、所定の回路を備えた回路基板と、回路基板上に配置され、マトリックス状に分布する複数のフォトダイオードとそれに対応した配線を同一の半導体基板上に一体的に形成した光電変換器とを備えた構造が知られている。そして、フォトダイオードを形成した半導体基板上に、個々のフォトダイオードに対応したシンチレータ素子を有する二次元シンチレータアレイを搭載することで、放射線検出器を形成する。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−352094号公報(第3頁、第1図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では1枚の半導体基板上にすべてのフォトダイオードを形成することとしているため、受線領域の面積が制限されると共に、製造歩留まりが低いという問題を有する。以下、かかる問題点について順次説明する。
【0007】
すなわち、上記従来技術では同一基板上にすべてのフォトダイオードを形成するため、二次元フォトダイオードアレイを構成する多数のフォトダイオードの中で不良素子が一つでも存在すれば放射線検出装置に用いることは不可能となる。すなわち、放射線検出装置では光源から出力された放射線の二次元強度分布を検出することが目的であるため、物理的にフォトダイオードは二次元状に配置されている必要がある。従って、例えばDRAM等で製造歩留まりを向上させる目的で採用される冗長回路を使用することができず、製造歩留まりが非常に悪くなる。
【0008】
また、上記従来技術では、フォトダイオードのみならず、フォトダイオードにおいて光から変換された電気信号を外部回路に出力するための出力配線についても同一の半導体基板上に形成する必要がある。従って半導体基板の表面上に出力配線を形成する領域を確保する必要があり、フォトダイオードアレイの占有面積が相対的に減少することとなる。特に、近年のマルチスライスX線CT装置では、必要とするフォトダイオードの数が飛躍的に増大することから、個々のフォトダイオードに対応した出力配線の本数も増大し、フォトダイオードの占有面積がさらに減少することとなり、高感度の放射線検出装置を実現する観点からは上記従来技術の構造は適切とは言えない。
【0009】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、光電変換素子が配置される平面において、光電変換素子が占める面積の割合を高く維持し、製造歩留まりの向上が可能な光検出器および放射線検出装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1にかかる光検出器は、所定の電気回路および入力端子を備えた回路基板上に複数の光電変換器を配置した光検出器であって、前記光電変換器は、前記入力端子に対応した出力端子および表面上に前記出力端子と電気的に接続された入力パッドを備えた基板と、前記入力パッドとほぼ同一の平面を形成するよう配置され、前記入力パッドと電気的に接続された出力電極と、該出力電極と電気的に接続され、受光強度に応じた電気信号を出力する光電変換素子とを一次元状に配列した一次元光電変換素子アレイを素子配列方向と垂直方向に複数配列した二次元光電変換部とを備えたことを特徴とする。
【0011】
この請求項1の発明によれば、一次元光電変換素子アレイを複数配列した構造を有するために製造歩留まりが向上すると共に、出力端子を介して光電変換素子からの電気信号を出力する構造を有するために基板表面上における配線構造を簡略化することとしたため、基板表面における光電変換素子の占有面積を拡大可能な高感度の光検出器を実現することができる。
【0012】
また、請求項2にかかる光検出器は、上記の発明において、前記基板は、前記一次元光電変換素子アレイを埋め込む溝部を複数備えたことを特徴とする。
【0013】
また、請求項3にかかる光検出器は、上記の発明において、前記基板は、上面の一部領域上に配置され、上端面に前記入力パッドを有する凸部と、上面の他の領域上に配置された前記一次元光電変換素子アレイ収容領域と、前記入力パッドに電気的に接続された出力端子とを備えたMID基板とを前記一次元光電変換素子アレイの素子配列方向と垂直方向に複数配列した構造を備えたことを特徴とする。
【0014】
また、請求項4にかかる光検出器は、上記の発明において、前記入力パッドと、前記出力電極との間はワイヤボンディングによって電気的に接続されたことを特徴とする。
【0015】
また、請求項5にかかる光検出器は、所定の電気回路および入力端子を備えた回路基板と、該回路基板上に配置され、10mm角以上の面積を有する受光面と、該受光面上に配置された複数の光電変換素子と、該光電変換素子と電気的に接続され、前記入力端子に対応した出力端子とを備えた光電変換器と、前記出力端子と前記入力端子との間を電気的に接続する導電性樹脂層と、前記回路基板と前記光電変換器との間であって、前記出力端子および前記入力端子間以外の領域に配置された絶縁性硬化樹脂層とを備えたことを特徴とする。
【0016】
この請求項5の発明によれば、回路基板と光電変換器との間を導電性樹脂層および絶縁性樹脂層を用いて接続することとしたため、製造時に低温環境下で接続が可能であるため、回路基板および/または基板が反ることを抑制することができる。
【0017】
また、請求項6にかかる光検出器は、上記の発明において、前記導電性樹脂層は、前記出力端子または前記入力端子上に形成され、あらかじめ固化された導電性硬化樹脂層と、該導電性硬化樹脂層上に流動性を備えた状態で形成され、前記光電変換器を前記回路基板上に固定する際に固化される導電性樹脂層とを備えることを特徴とする。
【0018】
また、請求項7にかかる放射線検出装置は、請求項1〜6のいずれか一つに記載の光検出器と、前記光検出器の有する二次元光電変換部に対応して配置され、受線した放射線を前記光検出器で検出可能な波長の光に変換する複数の光変換素子を有する光変換器と、前記光変換素子間に配置された遮蔽層とを備えたことを特徴とする。
【0019】
また、請求項8にかかる放射線検出装置は、所定の電気回路および入力端子を備えた回路基板上に複数の放射線検出器を配置した放射線検出装置であって、前記放射線検出器は、受線した放射線を所定波長の光に変換する光変換素子を一次元状に配列した一次元光変換素子アレイと、該一次元光変換素子アレイに対してアレイ整列方向の一方の側面に配置され、前記光変換素子に対応して光電変換素子を一次元状に配列した一次元光電変換素子アレイと、をアレイ整列方向と垂直方向に複数配列したことを特徴とする。
【0020】
また、請求項9にかかる放射線検出装置は、上記の発明において、前記一次元変換素子アレイは、受線方向下流に延在した構造を有し、該延在した領域上に引き出し用配線と、該引き出し用配線に電気的に接続した外部出力端子とを備えたことを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である光検出器および放射線検出装置について説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。さらに、符号に付くa、b、c等の識別文字は必要に応じて付けるものとし、“放射線受線モジュール2a、2b”のように複数の同一部分が存在する場合には、必要に応じて“放射線受線モジュール2”と総称して記述する。
【0022】
本実施の形態にかかる放射線検出装置は、回路基板上に複数の放射線受線モジュールを二次元状に配置した構造を有する。個々の放射線受線モジュールは、アレイ方向と垂直方向に配列された複数の一次元光電変換素子アレイと、かかる一次元光電変換素子アレイを収容する溝部と、フォトダイオード素子等によって形成された個々の光電変換素子から出力される電気信号を回路基板上の回路に伝達するための配線構造を備えた基板とを有する光電変換器を有する。さらに、光電変換素子に対応して配置され、受線した放射線を光電変換素子が検出可能な波長の光に変換する二次元シンチレータアレイを光電変換器上に有する。
【0023】
図1は、本実施の形態にかかる放射線検出装置の全体像を示す鳥瞰図である。図1に示すように、本実施の形態にかかる放射線検出装置は、所定の回路構造を有する回路基板1上にマトリックス状に配置された放射線受線モジュール2a〜2fを備えた構造を有する。放射線受線モジュール2a〜2fは、それぞれ入射した放射線を強度分布に応じて電気信号に変換し、回路基板1上に形成された所定の回路に対して電気信号を出力可能な構造を有する。
【0024】
次に、放射線受線モジュール2を回路基板1上に固定する態様について説明する。図2は、回路基板と放射線受線モジュール2との間の接続態様を示す断面図である。図2に示すように、回路基板1上には放射線受線モジュール2から出力された電気信号を入力するための端子6a〜6cが配置されている。放射線受線モジュール2は、放射線を受線し、所定波長の光に変換する二次元シンチレータアレイ3と、二次元シンチレータアレイ3に対して受線下流方向に位置し、変換された光の強度に基づいて電気信号を生成する光電変換器4と、端子6a〜6cに対応して設けられ、生成された電気信号を出力するための端子5a〜5cとを有する。そして、回路基板1と放射線受線モジュール2とは、端子に対応した部分では導電性硬化樹脂によって接続され、端子以外の部分では絶縁性硬化樹脂層9によって互いが固定されている。
【0025】
本実施の形態にかかる放射線検出装置では、端子5aと端子6aとの間を半田材によって接続するのではなく、導電性樹脂によって形成されるバンプ7aおよび接続部8aを用いて接続している。具体的には、端子5a上にあらかじめ導電性樹脂を所定の厚みだけ堆積し、所定の熱等を印加して固化させることによってバンプ7aを形成する。そして、形成したバンプ7a上に、好ましくはバンプ7aと同一の導電性樹脂を再び堆積し、固化せずに流動した状態を維持した接続部8aを形成する。そして、流動性を有する接続部8aと端子6aとを接触させた状態とした後、熱等を加えて接続部8aを固化し、隣接する端子間の空隙部分に、接着材料として機能する絶縁性樹脂を注入して固化する。バンプ7aおよび接続部8aを構成する導電性樹脂としては、エポテック社製のE−4110PFCを用いるのが好適であるが、他の導電性樹脂であっても固化する温度が低温であればバンプ7a、接続部8aの材料として使用することが可能である。
【0026】
次に、放射線受線モジュール2の構造について詳細に説明する。図3は、本実施の形態にかかる放射線検出装置を構成する放射線受線モジュール2の構造を示す鳥瞰図である。放射線受線モジュール2は二次元シンチレータアレイ3と、光電変換器4とを有する。光電変換器4は、基板12と、基板12上面に形成された溝部13a〜13dに埋め込まれたフォトダイオードアレイ14a〜14dとを備え、二次元シンチレータアレイ3は、フォトダイオードアレイ14a〜14dが備えるフォトダイオード素子15に対応して配置されたシンチレータ素子10と、シンチレータ素子10間に配置されたセパレータ11とを備える。
【0027】
光電変換器4は、溝部13a〜13dにそれぞれ埋め込んだフォトダイオードアレイ14a〜14dを有する。このため、フォトダイオードアレイ14a〜14dは、それぞれが備えるフォトダイオード素子15の配列方向に対して垂直に並べられ、結果として光電変換器4の表面上にはフォトダイオード素子15が二次元マトリックス状に配置されることとなる。
【0028】
また、個々のフォトダイオード素子15は、それぞれ受光面と同一面上にアノード電極16を備え、基板12の上面にはアノード電極16に対応してパッド17が形成されている。ここで、溝部13a〜13dは、アノード電極16と、パッド17とが同一平面を形成するよう構成されている。また、パッド17の一部領域にはスルーホール18が形成され、スルーホール18は基板12の裏面に設けられた端子5a(図3においては図示省略)に電気的に接続された構造を有する。さらに、アノード電極16とパッド17との間はワイヤボンディングによって電気的に接続されており、結果としてフォトダイオード素子15のアノード電極16は、パッド17、スルーホール18を介して基板12の裏面に設けられた端子5aに電気的に接続されている。なお、図示は省略したが、フォトダイオード素子15のカソード電極は受光面の裏面に形成され、溝部13a〜13dの底面上に設けられた導電パッドおよびスルーホールによって、カソード電極についても基板12の裏面に設けられた端子に電気的に接続される。かかる構造により、基板12上面に配置されたフォトダイオード素子15によって得られた電気信号は基板12裏面の端子を介して回路基板1に出力されることとなる。
【0029】
放射線受線モジュール2の動作について簡単に説明する。図4は、放射線受線モジュール2の動作を説明するための模式図である。図4に示すように、外部からX線がシンチレータ素子10a、10bに対して入射している。シンチレータ素子10a、10bは、それぞれX線を所定波長の光に変換する機能を有するため、入射したX線は、シンチレータ素子10a、10bの内部でX線強度に応じた強度の光に変換される。ここで、シンチレータ素子10a、10b間にはセパレータ11bが配置され、入射したX線および変換された光が、隣接するシンチレータ素子に入射する事を防いでいる。このため、クロストークの発生が抑制され、X線の強度分布を正確に測定することが可能である。そして、変換された光はフォトダイオード素子15a、15bに入射し、光強度に応じた電気信号がスルーホールを介して出力される。そして、基板12下に設けられた回路基板1は、端子6を介して電気信号を受け取り、回路基板1上に設けられた回路によって必要な処理が行われる。なお、図4では電気信号の例として電流Iが出力される状態を示すが、電気信号として電圧等を出力する構造としても良い。
【0030】
次に、本実施の形態にかかる放射線検出装置の利点について説明する。まず、フォトダイオードアレイ14a〜14dを用いて光電変換器4を形成したことによる利点について説明する。
【0031】
従来のように二次元フォトダイオードアレイを同一基板上に形成した場合には、既に説明したように基板上に形成された多数のフォトダイオード素子のうち、1つでも欠陥を有する素子が存在した場合には光電変換器4に用いることができない。これに対して本実施の形態では、一次元フォトダイオードアレイを複数配置して二次元フォトダイオードアレイを実現することによって同一基板上に形成されるフォトダイオード素子の個数を減らしており、製造歩留まりを向上させている。
【0032】
次に、フォトダイオードアレイ14a〜14dを基板12上面に形成された溝部13a〜13dに埋め込む構造としたことによる利点について説明する。第1に、溝部13a〜13dの幅とフォトダイオードアレイ14a〜14dの幅とがほぼ一致するため、フォトダイオードアレイ14a〜14dの位置決めが容易に行えるという利点を有する。このため、一次元フォトダイオードアレイを複数配列して二次元フォトダイオードアレイを構成する場合に一次元フォトダイオードアレイ相互間の位置関係を容易かつ正確に制御することが可能となり、製造工程上の負担の増加を抑制することができる。
【0033】
第2に、溝部13a〜13dの深さと、フォトダイオードアレイ14a〜14dの厚みをほぼ一致させることによって、フォトダイオード素子15のアノード電極16と基板12上に形成されるパッド17とがほぼ同一平面を形成することができる。これにより、アノード電極16とパッド17とをワイヤボンディングによって接続する構造としても、アノード電極16とパッド17とを隣接させて配置することができる。
【0034】
すなわち、接続する電極間に段差を有する場合、電極間の水平距離をある程度確保する必要が生じるのに対し、本実施の形態では、アノード電極16とパッド17とがほぼ同一の平面を有するために水平距離を短くすることが可能となり、ひいてはフォトダイオード素子15の占有面積を増加させることが可能となる。なお、「ほぼ同一の面」とは、完全に同一平面を形成する場合の他、アノード電極16とパッド17との高低差が100μm以下の場合も含むこととする。かかる高低差であれば、実質上同一面を形成した場合と同視でき、アノード電極16とパッド17とを隣接した状態で配置することが可能となるためである。
【0035】
次に、光電変換器4において、フォトダイオード素子15によって得られる電気信号を、スルーホール18を介して基板12の裏面に出力することによる利点について説明する。スルーホール18を用いることによって、個々のフォトダイオード素子15からの電気信号を基板12の表面上に形成した配線を介して外部に出力する必要がなくなるため、基板12表面に配線用の領域が必要なくなる。従って、基板12の表面上におけるフォトダイオード素子15の占有面積を十分確保することが可能となり、高感度の放射線検出装置を実現することが可能となる。
【0036】
次に、回路基板1上に放射線受線モジュール2を複数配置したことによる利点について説明する。上記のように、放射線受線モジュール2は基板12上に形成されており、かかる基板12を回路基板1上に固定した状態で放射線検出装置は構成される。ここで、面積の増加に伴って基板12の反りが問題となり、基板12と回路基板1との電気的接触が十分とれないおそれが生じる。このため、放射線受線モジュール2を構成する基板12の大きさは10mm角〜50mm角程度とするのが一般的であるが、一回のX線照射によって同時に複数のスライスを撮影できるマルチスライスX線CT装置を実現する観点からは、かかる受光面積では十分ではない。従って、本実施の形態では放射線受線モジュール2を回路基板1上に複数設けることによって基板12の反りによる問題を回避し、十分な受線面積を有する放射線検出装置を実現している。
【0037】
また、放射線受線モジュール2を複数配置することによって、受線領域を任意に設定した放射線検出装置を実現することが可能である。すなわち、異なる受線領域を有する放射線検出装置を製造する場合、従来は受線領域に応じて二次元フォトダイオードアレイを同一基板上に形成する必要があった。しかしながら、本実施の形態では放射線受線モジュール2を複数配置する構造としたため、配置パターンを調整することによって異なる受線領域の放射線検出装置を構成することが可能となる。
【0038】
最後に、回路基板1上に放射線受線モジュール2を固定する態様において、図2に示すように導電性樹脂および絶縁性樹脂を用いて固定することによる利点について説明する。従来は、端子間を電気的に接続した状態で固定するために、端子間に半田材を介在させることによって固定していた。しかしながら、半田材を使用した場合には固定強度が強くなる反面、半田材の溶解温度が高いために回路基板1と基板12の熱膨張係数の相違により、固定後の回路基板1または/および基板12が反るという問題が存在した。特に、放射線受線モジュールのように10mm角程度以上の大きさを有する素子を固定する場合には、基板の反りは大きな問題となる。
【0039】
これに対して、本実施の形態にかかる放射線検出装置では、放射線受線モジュール2を構成する基板12と回路基板1との間を、端子間の接続については導電性樹脂を使用し、他の部分については絶縁性樹脂を使用して固定している。従って、放射線受線モジュール2の固定を低温環境下で行うことが可能となり、回路基板1または/および基板12が反ることを防いでいる。なお、端子間の接続に関して、固化したバンプ7aをあらかじめ形成することとしたのは、接続部8aを形成する導電性樹脂を流動状態で十分な量堆積するためである。すなわち、端子5a上に直接流動状態の接続部8aを堆積した場合、導電性樹脂が水平方向に拡散する傾向があるため、十分な厚みを確保することが困難なためである。また、本実施の形態では絶縁性樹脂も使用して放射線受線モジュール2を固定している。これは、放射線受線モジュール2が10mm角程度以上と一定の大きさを有することと、導電性樹脂のみで固定した場合物理的な固定強度に問題が生じるおそれがあることが理由である。
【0040】
(変形例1)
本実施の形態にかかる放射線検出装置の変形例1について説明する。なお、以下の変形例1〜変形例4を通じて、特に言及しない部分については実施の形態にかかる放射線検出装置と同様の構造を有するものとし、同様の名称を付したものについても、実施の形態の場合と同様の構造、機能を有するものとする。
【0041】
実施の形態では、回路基板1の表面は平面を形成し、かかる平面上に放射線受線モジュール2を配置する構成としたが、変形例1では、図5に示すように、回路基板1の表面を曲面によって形成し、表面上に放射線受線モジュール22a〜22eを配置している。実際に放射線検出装置を使用する場合、受線する放射線を出力する放射線源は点光源であるのが通常である。従って、放射線源から出力された放射線は放射状に拡散することから、放射線検出装置の受線領域も、拡散した放射線が垂直に入射する構造とすることが好ましい。従って、例えば回路基板1の表面を放物面状に形成することによって回路基板1の表面上に固定される放射線受線モジュール22a〜22eは、放射線の進行方向に対して垂直な受線面を有することとなり、受線感度を向上させることが可能となる。
【0042】
(変形例2)
次に、変形例2にかかる放射線検出装置について説明する。変形例2にかかる放射線検出装置は、放射線受線モジュール23の構造が実施の形態の放射線受線モジュール2と異なる構造を有する。具体的には、本変形例2では、図6に示すように、MID基板24と、フォトダイオードアレイ25と、一次元シンチレータアレイ26とを備えた積層構造が、アレイ整列方向と垂直な方向に複数配置された構造を有する。
【0043】
図7は、MID基板24と、フォトダイオードアレイ25の構造について説明するための鳥瞰図である。図7に示すように、変形例2では、MID基板24の上面の一部領域上にはパッド形成用突起27が設けられており、パッド形成用突起27の上端面がフォトダイオードアレイ25上に設けられたアノード電極31とほぼ同じ高さとなるよう形成されている。さらに、MID基板24の上面の他の領域にはフォトダイオードアレイ25を形成するフォトダイオード素子のカソード電極と電気的接続を確保するためのカソード導電層20が形成され、カソード導電層20は、MID基板24の裏面に形成されたカソード端子30と電気的に接続された構造を有する。
【0044】
一方、パッド形成用突起27上に設けられたアノードパッド28は、MID基板24裏面に設けられたアノード端子29と電気的に接続された構造を有する。また、アノードパッド28はフォトダイオードアレイ25を構成する個々のフォトダイオード素子に対応して配置されたアノード電極31とワイヤボンディングを介して電気的に接続され、結果としてフォトダイオード素子のアノード電極31およびカソード電極は、アノード端子29およびカソード端子30と接続した構造となる。
【0045】
かかる構造とした場合であっても、実施の形態と同様に、配線に要する領域を少なくすることが可能となる。すなわち、アノード電極31から出力される電気信号をMID基板24の下部に設けたアノード端子29から取り出す立体配線構造とすることで、従来のように基板表面に二次元的な配線を施した場合と比べて、フォトダイオードアレイ間の隙間領域を狭くすることが可能となる。従って、本変形例2にかかる放射線検出装置は、従来と比較してフォトダイオードの占有面積を相対的に大きく取ることができ、有効X線受線面積を最大にし、検出効率を増大させることができる。
【0046】
なお、図6および図7では、放射線受線モジュール23から外部に出力する構造としてピン状のアノード端子29およびカソード端子30を用いた構造について図示したが、実施の形態の場合と同様の端子構造を用いることとしても良い。また、一次元シンチレータアレイ26を複数固着する構造とするのではなく、実施の形態と同様に二次元シンチレータアレイを用いた構造としても良い。さらに、MID基板24の上面にフォトダイオードアレイ25の位置決めのための溝または突起を設けることとしても良い。
【0047】
また、変形例2にかかる放射線検出装置では、MID基板24に配線を施すことによって立体配線を実現しているが、MID基板24およびパッド形成用突起27を貫通したスルーホールによって立体配線を形成しても良い。スルーホールを用いた場合、基板についてもMID基板以外の基板を用いることが可能である。
【0048】
(変形例3)
次に、変形例3にかかる放射線検出装置について説明する。本変形例3は、放射線受線モジュールの構造について、実施の形態と異なる構造を採用している。具体的には、本変形例における放射線受線モジュールは、図8に示すように、一次元シンチレータアレイ33に対してアレイ整列方向の側面上にフォトダイオードアレイ32を配置した構造を有し、かかる構造を複数配置した構造を有する。
【0049】
図9は、フォトダイオードアレイ32の構造について説明するための模式図である。フォトダイオードアレイ32は、基板上にフォトダイオード素子38を列状に形成した構造を有し、個々のフォトダイオード素子38に対して配線36および端子37を配置することによって電気信号を出力する構造を有する。
【0050】
このように、一次元シンチレータアレイ33に対して、アレイ整列方向の一方の側面にフォトダイオードアレイ32を配置することで、次の利点が生じる。すなわち、フォトダイオードアレイ32の厚みはせいぜい数百μm程度しかない。従って、受線方向から変形例3にかかる放射線受線モジュールを見た場合、一次元シンチレータアレイ33が占有する面積と比較して、フォトダイオードアレイ32の占有面積を非常に小さくすることができる。これにより、放射線受線モジュールを小型化することが可能となると共に、放射線受線面積を十分確保することができるという利点を有する。
【0051】
(変形例4)
次に、変形例4にかかる放射線検出装置について説明する。本変形例4は、放射線受線モジュールの構造について、実施の形態と異なる構造を採用している。具体的には、図10に示すように、本変形例4は、変形例3と同様に一次元シンチレータアレイ41a〜41dに対してアレイ配列方向の側面上にフォトダイオードアレイ40a〜40dを配置した構造を複数有する。また、フォトダイオードアレイ40a〜41dにおいて、フォトダイオード素子からの出力配線を、アレイ整列方向に延在させた構造を有する。
【0052】
より具体的には、図11に示すように、フォトダイオードアレイ40は、フォトダイオード素子47からアレイ整列方向に延在した配線46と、配線46と接続した端子43をアレイ整列方向端部に配置した構造を有する。さらに、端子43は、フォトダイオードアレイ40に固着した基板42上に設けられた配線44を介して接続端子45に接続される。基板42は、個々のフォトダイオード素子からの出力端子間の間隔を拡大させるためのものであるが、別基板上に配線44および接続端子45を形成するのではなく、かかる構造をフォトダイオードアレイ40上に形成することとしても良い。
【0053】
変形例4においては、一次元シンチレータアレイ41a〜41dのアレイ整列方向の側面上にフォトダイオードアレイ40を配置した構造を有する。このため、フォトダイオードアレイ40においてフォトダイオード素子47を配置した面の面積が受線面積に影響を及ぼすことはない。従って、フォトダイオードアレイ40を受線方向下流側に拡大させた構造を取ることも可能であり、配線46を配置するために必要な領域を十分に確保することが可能である。従って、変形例4では、出力端子を受線方向下流側に配置するのではなく、配線46を介してアレイ配列方向に端子43および接続端子45を形成することが可能となる。
【0054】
以上、実施の形態およびその変形例に渡って本発明を説明してきたが、本発明はこれら実施の形態等に限定されるのではなく、当業者ならばこれらの実施の形態を用いて様々な変形例、実施例に想到することが可能である。例えば、実施の形態および変形例では、放射線検出装置について説明してきたが、構造から容易に推定できるように、シンチレータアレイを除外した構造とすることで、光検出器を構成する事が可能である。本発明によれば、受光面においてフォトダイオード素子の占有面積を増大させることが可能であるため、本発明の構造を光検出器に応用することで、受光面積が広く、感度の高い光検出器を提供することができる。
【0055】
また、フォトダイオード素子のアノード電極等と、他の電極とを電気的に接続する態様としてワイヤボンディングを例として説明を行ったが、かかる態様に限定して解釈する必要はない。例えば、フリップチップ方式によって接続しても良いし、TAB(Tape Automated Boding)方式によって接続しても良い。実施の形態および変形例で説明した構造によれば、フォトダイオード素子上面に設けられた電極と、基板上に設けられたパッドとはほぼ同一平面を形成するため、このような方式によっても容易に電気的に接続することが可能である。なお、実施の形態および変形例ではフォトダイオード素子の受光面上に形成される電極をアノード電極としフォトダイオード素子の裏面にカソード電極を配置した構造を例に説明したが、カソード電極とアノード電極とを逆に配置した構造としてもよいのはもちろんである。
【0056】
さらに、実施の形態では、1の溝部に対して1の一次元フォトダイオードアレイを配置した構造としたが、1の溝部に対してアレイ整列方向に複数の一次元フォトダイオードアレイを配置した構造としても良い。かかる構造とした場合であっても本発明の利点が失われるものではない。同様に、変形例2〜変形例4においても、個々の基板上に単一の一次元フォトダイオードアレイを配置するのではなく、複数の一次元フォトダイオードアレイをアレイ整列方向に配置した構造としても良い。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、一次元光電変換素子アレイを複数配列した構造を有するために製造歩留まりが向上すると共に、出力端子を介して光電変換素子からの電気信号を出力する構造を有するために基板表面上における配線構造を簡略化することとしたため、基板表面における光電変換素子の占有面積を拡大可能な高感度の光検出器を実現することができるという効果を奏する。
【0058】
また、この発明によれば、回路基板と光電変換器との間を導電性樹脂層および絶縁性樹脂層を用いて接続することとしたため、製造時に低温環境下で接続が可能であるため、回路基板および/または基板が反ることを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態にかかる放射線検出装置の全体構造を示す鳥瞰図である。
【図2】放射線検出装置を構成する回路基板上に放射線受線モジュールを固定する態様を説明するための断面図である。
【図3】放射線受線モジュールの構造を示す鳥瞰図である。
【図4】放射線受線モジュールの動作を示す模式図である。
【図5】変形例1にかかる放射線検出装置の構造を示す断面図である。
【図6】変形例2にかかる放射線検出装置を構成する放射線受線モジュールの構造を示す模式図である。
【図7】変形例2における放射線受線モジュールを構成するMID基板およびフォトダイオードアレイの構造を示す鳥瞰図である。
【図8】変形例3にかかる放射線検出装置を構成する放射線受線モジュールの構造を示す模式図である。
【図9】変形例3における放射線受線モジュールを構成するフォトダイオードアレイおよび一次元シンチレータアレイの構造を示す模式図である。
【図10】変形例4にかかる放射線検出装置を構成する放射線受線モジュールの構造を示す模式図である。
【図11】変形例4における放射線受線モジュールを構成するフォトダイオードアレイおよび一次元シンチレータアレイの構造を示す模式図である。
【符号の説明】
1 回路基板
2a〜2f 放射線受線モジュール
3 二次元シンチレータアレイ
4 光電変換器
5a 端子
6a 端子
7a バンプ
8a 接続部
9 絶縁性硬化樹脂層
10a〜10c シンチレータ素子
11a〜11c セパレータ
12 基板
13a〜13d 溝部
14a〜14d フォトダイオードアレイ
15 フォトダイオード素子
16 アノード電極
17 パッド
18 スルーホール
20 カソード導電層
21 回路基板
22a〜22e 放射線受線モジュール
23 放射線受線モジュール
24a〜24e MID基板
25a〜25e 一次元フォトダイオードアレイ
26a〜26e 一次元シンチレータアレイ
27 パッド形成用突起
28 アノードパッド
29 アノード端子
30 カソード端子
31 アノード電極31 アノード電極
32a〜32e フォトダイオードアレイ
33a〜33e 一次元シンチレータアレイ
36 配線
37 端子
38 フォトダイオード素子
40a フォトダイオードアレイ
41a フォトダイオードアレイ
42 基板
43 端子
44 配線
45 接続端子
46 配線
47 フォトダイオード素子
Claims (9)
- 所定の電気回路および入力端子を備えた回路基板上に複数の光電変換器を配置した光検出器であって、
前記光電変換器は、
前記入力端子に対応した出力端子および表面上に前記出力端子と電気的に接続された入力パッドを備えた基板と、
前記入力パッドとほぼ同一の平面を形成するよう配置され、前記入力パッドと電気的に接続された出力電極と、該出力電極と電気的に接続され、受光強度に応じた電気信号を出力する光電変換素子とを一次元状に配列した一次元光電変換素子アレイを素子配列方向と垂直方向に複数配列した二次元光電変換部と、
を備えたことを特徴とする光検出器。 - 前記基板は、前記一次元光電変換素子アレイを埋め込む溝部を複数備えたことを特徴とする請求項1に記載の光検出器。
- 前記基板は、
上面の一部領域上に配置され、上端面に前記入力パッドを有する凸部と、上面の他の領域上に配置された前記一次元光電変換素子アレイ収容領域と、
前記入力パッドに電気的に接続された出力端子とを備えたMID基板と、
を前記一次元光電変換素子アレイの素子配列方向と垂直方向に複数配列した構造を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光検出器。 - 前記入力パッドと、前記出力電極との間はワイヤボンディングによって電気的に接続されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光検出器。
- 所定の電気回路および入力端子を備えた回路基板と、
該回路基板上に配置され、10mm角以上の面積を有する受光面と、該受光面上に配置された複数の光電変換素子と、該光電変換素子と電気的に接続され、前記入力端子に対応した出力端子とを備えた光電変換器と、
前記出力端子と前記入力端子との間を電気的に接続する導電性樹脂層と、
前記回路基板と前記光電変換器との間であって、前記出力端子および前記入力端子間以外の領域に配置された絶縁性硬化樹脂層と、
を備えたことを特徴とする光検出器。 - 前記導電性樹脂層は、前記出力端子または前記入力端子上に形成され、あらかじめ固化された導電性硬化樹脂層と、
該導電性硬化樹脂層上に流動性を備えた状態で形成され、前記光電変換器を前記回路基板上に固定する際に固化される導電性樹脂層と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載の光検出器。 - 請求項1〜6のいずれか一つに記載の光検出器と、
前記光検出器の有する二次元光電変換部に対応して配置され、受線した放射線を前記光検出器で検出可能な波長の光に変換する複数の光変換素子を有する光変換器と、
前記光変換素子間に配置された遮蔽層と、
を備えたことを特徴とする放射線検出装置。 - 所定の電気回路および入力端子を備えた回路基板上に複数の放射線検出器を配置した放射線検出装置であって、
前記放射線検出器は、
受線した放射線を所定波長の光に変換する光変換素子を一次元状に配列した一次元光変換素子アレイと、
該一次元光変換素子アレイに対してアレイ整列方向の一方の側面に配置され、前記光変換素子に対応して光電変換素子を一次元状に配列した一次元光電変換素子アレイと、
をアレイ整列方向と垂直方向に複数配列したことを特徴とする放射線検出装置。 - 前記一次元変換素子アレイは、受線方向下流に延在した構造を有し、該延在した領域上に引き出し用配線と、該引き出し用配線に電気的に接続した外部出力端子とを備えたことを特徴とする請求項8に記載の放射線検出装置。
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