JP2007514360A - Ｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｘ線機器用の検出器に係り、この検出器はその上に配置されたセンサ素子（３）のアレイ（２）を有するアモルファス又は好適には結晶シリコンの基板（１）を有する。その上に配置されるアナログ−デジタル変換器を有する集積電子モジュール（４）は、フリップチップ接触などによって基板の１つのエッジ（５）上に取り付けられ、また、信号リード線（６）によってセンサ素子に接続される。モジュール及び／又は基板は、センサ信号を処理するために増幅器及びマルチプレクサを追加的に有することが可能である。

Description

本発明は、特にＸ線装置といった撮像装置用の検出器に係る。

ダイナミックフラットパネルＸ線検出器（ＦＤＸＤ）は、様々な特殊用途向けＸ線機器において使用可能である汎用検出器構成要素として医用診断分野においてますます使用されるようになってきている。この検出器は、センサ素子のアレイ（センサマトリクス）を有し、アレイの各センサ素子は、例えば、フォトダイオード又はコンデンサである電荷収集のための素子と、収集した電荷を評価回路に転送する例えば、薄膜トランジスタである少なくとも１つの読み出し素子を有する。フラットパネルＸ線検出器は、一般的に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）から生成されるが、より複雑且つ高容量コンポーネントを実現可能にする結晶シリコンを有してもよい。

上述したような種類の大面積検出器の接触は、一般的に、いわゆるフレックス接触、即ち、細かい導体経路を有するプラスチック箔によって、又は、ワイヤボンド接続によって実現される。一般的に、５０乃至２５０μｍの小さな線及び列の間隔とセンサアレイの大きい面積によって、しばしば、センサマトリクスと下流の評価電子部品との間に数千もの接続を生成しなければならない。更に、結晶シリコンから形成される検出器について、少なくとも一部の評価電子部品を、センサマトリクスを有するウェーハに直接的に一体にする試みが成されていることが周知である。

更に、特許文献１から、センサ素子のアレイを有する検出器の場合、基板の１つのエッジにアドレッシング用の集積電子モジュール（ＩＣ）を、もう１つのエッジにセンサ素子から読出しされた信号の多重化用の集積電子モジュールを実装することが公知である。
米国特許第５，９１４，４８５号

この背景に対し、本発明は、製造するのが費用効果的である、改善された信号特性を有する検出器を利用可能にすることを目的とする。

この目的は、請求項１の特徴を有する検出器と、請求項１０の特徴を有する撮像装置によって達成される。有利な実施例は、従属項に記載する。

Ｘ線装置又は光学イメージャといった撮像装置の本発明の検出器は、以下の構成要素を有する。即ち、
ａ）その中に電子回路が構成可能な基板。一般的に、少なくとも電子部品を有する基板の領域は、アモルファス又は好適には結晶シリコンを有する。更に、基板は、ガラス板といった機械的支持体に貼り付けられるか又はそのような支持体を有することが可能である。

ｂ）基板の片面上に構成されるセンサ素子のアレイ。一般的に、センサ素子は、ここでは、矩形パターンに、例えば、六角形状に、又は線と列で格子型に配置される。センサ素子は、Ｘ線放射及び／又は可視光線に反応し、吸収した放射線の量に対応する電気信号を生成することが好適である。

ｃ）基板の１つのエッジに実装される、即ち、機械的に固定される、センサ信号を処理する少なくとも１つの集積電子モジュール（ＩＣ）。一般的に、電子モジュールは、センサ素子のアレイと同じ基板の面上に位置付けられる。更に、電子モジュールは、その電気入力側において、信号リード線によってセンサ素子に接続され、また、信号リード線に存在するアナログ入力信号のデジタル出力信号への変換のための少なくとも１つのアナログ−デジタル変換器を有する。これらのデジタル出力信号は、次に、検出器から読み出しリード線を介して、更なる外部評価回路に渡されることが可能である。

本発明の検出器は、センサ素子の信号のアナログ−デジタル変換が、センサ素子のアレイのエッジにおいて直接に行われることが可能であり、それにより、長い外部リード線により生じる信号干渉及び雑音を回避する。更なる利点は、基板に固定して接続される少なくとも１つの別個の集積モジュールが設けられるという事実からもたらされる。これにより、一方で、機械的にロバストな設計が達成され、他方で、センサ素子アレイ及び集積モジュールの自己包含（self-comprised）製造及び最適化がモジュール構造によって可能にされる。集積モジュールのための別個の収率最大化及び別個のテストによって、より高い全体的な収率及び費用における削減が製造において達成される。

検出器の好適な構成では、基板は、集積モジュールに入力信号として入る前にセンサ信号を増幅する増幅器を有する。このようにすると、センサ素子から集積モジュールの途中での信号損失が減少され、これは、信号品質に有利となる。基板の電子部品は、この場合、結晶シリコンによって有利に実現される。

更に、基板は、その入力信号を少なくするよう集積モジュールの上流に接続されるアナログマルチプレクサ、及び／又は、検出器の出力信号を少なくするよう集積モジュールの下流に接続されるデジタルマルチプレクサを有することが可能である。

本発明の検出器のもう１つの面では、集積モジュールは、センサ素子から来る信号の（前置）増幅のための少なくとも１つの増幅器を有する。更に、集積モジュールは、少なくとも１つのマルチプレクサを任意選択的に有することが可能であり、このマルチプレクサにより、多数の入力信号が、時間に関して、比較的少数の出力線に分配されることが可能である。従って、このようなマルチプレクサの一体化は、検出器の外部接続の数を少なくすることを可能にする。

集積モジュールは、特に、結晶シリコンを有することが可能であり、これは、高容量回路を実現することを可能にする。集積モジュールは、検出器の基板に対して比較的小さいので、結晶シリコンの使用は問題ない。更に、集積モジュールは、特に、ＣＭＯＳ回路であることが可能である。

本発明の検出器の好適な実施例では、センサ素子のアレイは、基板の３辺においてエッジまで延在する。これは、少なくとも１つの集積モジュールが位置付けられる１辺のみが、センサ素子のアレイによって覆われていないことを意味する。エッジのストリップ無しで３つの方向において広がる検出器のこのような構成は、複数のそのような検出器がより大きい検出器領域を作成するよう互いにシームレスに接合されることを可能にする。従って、基板のエッジは、アドレシング回路に対応するために使用されなくてよく、センサ素子をアドレシングするために必要なロジックは、センサ素子のマトリクス内に一体にされることが好適である。

集積モジュールの基板への機械的及び電気的接続には、フリップチップ接触及びワイヤボンディング又はウェーハ上の「パッケージ化されたＩＣ」（筐体内のＩＣ）の実装の方法が特に好適である。

本発明は更に、上述した種類の検出器を有する撮像装置に関する。撮像装置は、特に、Ｘ線装置であることが可能であり、その場合、直接変換検出器のセンサ素子は、Ｘ線放射に反応し、関節変換検出器のセンサ素子は、シンチレーション光に反応する。

本発明の上述の及び他の面は、以下に説明する実施例を参照しながら、非限定的な例から明らかにし且つそれらの例を用いて説明する。

概略的に示す検出器は、特に、光学イメージャ又はダイナミックフラットパネルＸ線検出器（ＦＤＸＤ）、又はそのモジュールでありうる。検出器は、矩形の平らな基板１を有し、この基板は、アモルファス又は好適には結晶シリコンの電子層を有する。基板１の寸法は一般的に４０ｍｍ×４０ｍｍから５００ｍｍ×５００ｍｍである。図１において見える基板１の上面には、例えば、２０００×２０００のセンサ素子３からなるマトリクス又はアレイ２があり、センサ素子の格子型配置を示す。アレイ２は、図１中、左、上、及び右における基板１のエッジまで３方向において延在する。センサ素子３は、例えば、光又はＸ線によって照射されると電荷を蓄積するフォトダイオード及び／又はコンデンサを有する。

センサ素子３が、アレイ２内に分散される、特に図示しないアドレッシングロジックによってアドレスされると、センサ素子の電荷信号は、列方向に延在する読出しリード線６に線毎に供給される。読出しリード線６は、基板１の自由下エッジ５に配置される集積電子モジュール４（ＩＣ）の入力につながる。集積モジュール４は、特に、増幅器、アナログ−デジタル変換器、マルチプレクサ、インタフェース回路などの少なくとも一部の評価電子部品を有することが可能である。一般的に、モジュール４は、５０乃至５００信号リード線６の信号を処理する。モジュール４のサイズは、数平方ミリメートルから数平方センチメートルの間で様々でありうる。モジュール４は、結晶シリコンを有し、また、ＣＭＯＳ回路の形式であることが好適である。

集積モジュール４の基板１への機械的及び電気的接続は、フリップチップ技術（例えば、ＡＣＦボンディング、バンプボンディング等）、ワイヤボンド、又は、パッケージ化されたＩＣ（ウェーハ上に実装されたパッケージ化されたＩＣ）によって実現することが可能である。集積モジュール４の外部評価電子部品（図示せず）への接続は、フレックス接続７によって実現される。

検出器の特に好適な構成では、基板１の結晶シリコン電子部品は、センサ信号を増幅する増幅器を有する。ここでは、別個の増幅器が、基板の各個々のセンサ素子３か、又は、各列リード線６に対して設けられることが可能である。その場合、集積モジュール４は、主に、アナログ−デジタル変換器を有する。基板１は更に、アナログマルチプレクサ（上流に接続される）及び／又はデジタルマルチプレクサ（下流に接続される）を有することが可能である。

基板の完全に外側に位置付けられる評価電子部品を有する検出器と比べて、上述したような種類の検出器は、以下のような利点を有する。即ち、
−モジュール４におけるマルチプレクサによって基板１から出る接続（例えば、フレックスボンド）の数を相当減らすことが可能である。

−機械的にロバストな設計が実現される。

−モジュール４内に含まれる評価電子部品は、センサ素子３に非常に近くにあり、これは、減少されたノイズによるより高い信号品質をもたらす。

基板に一体にされた評価電子部品を有する検出器と比べて、以下の利点が達成される。即ち、
−モジュラー設計によって、センサマトリクス及び集積モジュール４の自己包含（self-comprised）製造及び最適化が可能である。

−別個の収率最大化及びモジュール４の別個のテストによって、全体的に高い収率を有し、従って、低い価格での検出器の生産が可能である。

検出器の更なる利点は、センサ素子３のアレイは、３つの辺において、基板１の最も外側のエッジまで延在するという事実にある。従って、このような種類の幾つかの検出器を、より大きい検出器領域を形成するようシームレスであるかのように組み合わせることが可能である。

本発明の検出器を示す図である。

Claims (10)

1. ａ）基板と、
   ｂ）前記基板の片面に形成されたセンサ素子のアレイと、
   ｃ）センサ信号を処理する少なくとも１つの集積モジュールと、
   を有し、
   前記モジュールは、前記基板の１つのエッジにおいて実装され、また、その入力側において前記センサ素子に接続され、
   前記モジュールは、アナログ入力信号のデジタル出力信号への変換のための少なくとも１つのアナログ−デジタル変換器を有する、撮像装置用の検出器。
2. 前記基板は、前記集積モジュールの前記入力信号を増幅する増幅器を有することを特徴とする請求項１記載の検出器。
3. 前記基板は、前記集積モジュールの上流及び／又は前記集積モジュールの下流に接続されたマルチプレクサを有することを特徴とする請求項１記載の検出器。
4. 前記集積モジュールは、前記入力信号を増幅する少なくとも１つの増幅器及び／又は少なくとも１つのマルチプレクサを有することを特徴とする請求項１記載の検出器。
5. 前記集積モジュールは、結晶シリコンから作られることを特徴とする請求項１記載の検出器。
6. 前記センサ素子のアレイは、３つの辺において、前記基板のエッジまで延在することを特徴とする請求項１記載の検出器。
7. 前記集積モジュールは、フリップチップ接触、ワイヤボンディング、又はウェーハ上へのパッケージ化されたＩＣの実装によって前記基板に接続されることを特徴とする請求項１記載の検出器。
8. 前記基板は、結晶又はアモルファスシリコンの電子部品を有することを特徴とする請求項１記載の検出器。
9. 前記センサ素子は、Ｘ線放射及び／又は可視光線に反応することを特徴とする請求項１記載の検出器。
10. 請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の検出器を有することを特徴とする特にＸ線機器である撮像装置。

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