JP2008263190A - Photodetector and radiation detecting device - Google Patents
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Description
本発明は、基板上面の一部領域上に配置されかつ受光面上に第1パッドを有する光電素子を備え、この光電素子が受光する光の強度に基づく電気信号を出力する技術に関し、光電素子が配置される平面において、光電素子が占める面積の割合を高く維持し、容易に製造することのできる光検出器および放射線検出装置に関する。 The present invention relates to a technology that includes a photoelectric element that is disposed on a partial region of a substrate upper surface and has a first pad on a light receiving surface, and that outputs an electric signal based on the intensity of light received by the photoelectric element. It is related with the photodetector and radiation detection apparatus which can maintain easily the ratio of the area which a photoelectric element occupies in the plane where this is arrange | positioned, and can be manufactured easily.
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1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。 In an X-ray CT apparatus used in a medical institution or the like, an internal structure of a subject is imaged by irradiating the subject with X-rays. Specifically, an X-ray CT apparatus includes an X-ray irradiation source, and a radiation detector having a structure in which X-ray detection units are arranged in a one-dimensional array, which are opposed to each other via an X-ray irradiation source and a subject. Have Here, the detection unit has a function of converting received X-rays into electric signals, and includes a scintillator element that converts X-rays into visible light, and a photodiode that converts visible light into electric signals. The radiation detector receives X-rays that have passed through the subject, and records an electrical signal obtained based on the received X-rays. Then, while maintaining the positional relationship between the X-ray irradiation source and the radiation detector, X-ray reception is repeated by changing the X-ray irradiation angle in various ways. After that, the obtained electrical signal is subjected to processes such as convolution (convolution) and back projection (back projection), so that an image of a cross section (hereinafter referred to as “slice”) of the subject through which X-rays have passed. Reconfigure.
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1次元アレイ状ではなく、2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、2次元的に配置されなければならない。 In particular, in recent years, development of a multi-slice X-ray CT apparatus capable of simultaneously imaging a plurality of slices by one X-ray irradiation has been actively performed. The multi-slice X-ray CT apparatus arranges a plurality of arrayed X-ray detection units corresponding to a plurality of slices, collects X-rays that have passed through each slice, and reconstructs a slice image. Therefore, in the multi-slice X-ray CT apparatus, it is necessary to provide a radiation detection apparatus in which the detection unit is arranged in a two-dimensional array instead of a one-dimensional array. For this reason, the photodiodes constituting the detection unit must also be two-dimensionally arranged.
図24(a)に示す放射線検出器は、複数の単一スライス用1次元フォトダイオードアレイ102を並列に基板101上に並べてフォトダイオード素子103を2次元状に配列し、さらにその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2次元シンチレータアレイを搭載して放射線検出器を形成する(以下、「従来技術1」と言う)。個々のフォトダイオード素子103は、基板101上に設けられた第2パッド105とワイヤボンディング106によって電気的に接続され、フォトダイオード素子103から出力される電気信号は、基板101上に設けられた配線を伝わり、基板101の外部に出力される。
In the radiation detector shown in FIG. 24A, a plurality of single-slice one-dimensional photodiode arrays 102 for single slices are arranged in parallel on a substrate 101, and photodiode elements 103 are two-dimensionally arranged. A radiation detector is formed by mounting a two-dimensional scintillator array having a scintillator element corresponding to a photodiode (hereinafter referred to as “
また、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構造が知られている(以下、「従来技術2」と言う)。そして、このようにフォトダイオードを作り込んだ半導体基板上に、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2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。
Further, there is known a structure in which a plurality of photodiodes distributed in a matrix and wiring corresponding thereto are integrally formed on the same semiconductor substrate (hereinafter referred to as “
しかし、従来技術1には以下の問題がある。まず、従来技術1では、平板状の基板101上に1次元フォトダイオードアレイ102を配置している。したがって、基板101上の第2パッド105と、フォトダイオード素子103との間でフォトダイオードアレイ102の厚みの分だけ段差が生じるという問題を有する。このような段差を生じた状態でワイヤボンディング106を施す場合、図24(b)に示すように、第2パッド105の位置をフォトダイオード素子103から水平方向に所定距離だけ離す必要がある。しかし、第2パッド105の位置をフォトダイオード素子103から離すことによって、フォトダイオードアレイ102相互の間隔が広くなる。その結果、放射線検出器全体に対してフォトダイオードが占める面積が相対的に小さくなり、X線受線感度が低下するという問題を有する。
However, the
また、基板101上に1次元フォトダイオードアレイ102を正確に配置する必要もある。したがって、従来技術1のような放射線検出器を製造する際には、基板101上に1次元フォトダイオードアレイを固定するための実装装置を新たに設けるか、特別な位置決め治具が必要となるという問題を有する。
It is also necessary to accurately place the one-dimensional photodiode array 102 on the substrate 101. Therefore, when manufacturing a radiation detector like the
さらに、従来技術1は、複数配列した1次元フォトダイオードアレイ102の上に2次元シンチレータアレイを直接配置する構造を有するため、接触面積が小さく、機械的強度が低下するという問題も有する。
Furthermore, since the
一方、従来技術2にも問題がある。まず、1枚の半導体基板上にすべてのフォトダイオードを作り込むため、2次元フォトダイオードアレイを構成するフォトダイオードのうち、不良素子が一つでも存在すれば放射線検出器を構成することはできず、半導体基板上に作り込まれた他のフォトダイオードについても破棄せざるを得ない。ここで、2次元フォトダイオードアレイを構成する個々のフォトダイオードは、2次元状に配置されている必要がある。したがって、DRAMで採用されるような冗長回路を用いることもできず、従来技術2の構造では歩留まりが非常に悪いという問題を有する。
On the other hand, the
また、従来技術2では、必要な配線についても半導体基板上に作り込む構造となっている。ここで、これらの配線は個々のフォトダイオードに対応して設けられることから、フォトダイオードの数が増大するにしたがって、配線の数も増大する。特に、スライス数を増大させた場合には外部に出力するために必要な配線の数が増大する。ここで、半導体基板上においてフォトダイオードが占める面積の低下を抑制するためには、各配線の幅を細くする必要があるが、配線を細くした場合には電気抵抗が増大し、断線の可能性も高くなるという問題を有する。
Further, the
なお、上記した問題のいくつかは、マルチスライスの場合に限定されず、単一スライス用の放射線検出器についても成立する。たとえば、基板上に1次元フォトダイオードアレイを配置する構造とした場合には、従来技術1と同様にパッドとフォトダイオードとの間の段差が問題となる。
Note that some of the problems described above are not limited to the case of multi-slices, but also apply to radiation detectors for single slices. For example, in the case of a structure in which a one-dimensional photodiode array is arranged on a substrate, a step between the pad and the photodiode becomes a problem as in the
また、以上述べた問題は、放射線検出器のみならず、一般の光検出器についても成立する。一般に、光検出器は、上記の放射線検出器の構造からシンチレータ素子を除外した構造を有し、2次元フォトダイオードを配置する点では放射線検出器と同じである。受光感度を向上させるためには、基板上においてフォトダイオードが占める面積が大きいことが望ましいが、同様の問題により受光面積を狭めざるを得ないという問題を有する。 In addition, the above-described problem is established not only for radiation detectors but also for general photodetectors. In general, the photodetector has a structure in which the scintillator element is excluded from the structure of the radiation detector described above, and is the same as the radiation detector in that a two-dimensional photodiode is arranged. In order to improve the light receiving sensitivity, it is desirable that the area occupied by the photodiode on the substrate is large, but there is a problem that the light receiving area has to be reduced due to the same problem.
この発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、光検出器および放射線検出装置において、フォトダイオードが配置される平面において、フォトダイオードの占める面積の割合を高く維持でき、容易に製造することのできる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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and in the photodetector and the radiation detection apparatus, the ratio of the area occupied by the photodiode can be maintained high in the plane where the photodiode is disposed, and can be easily achieved. An object of the present invention is to provide a photodetector and a radiation detection apparatus that can be manufactured.
上記目的を達成するため、本発明は、基板上面の一部領域上に配置されかつ受光面上に第1パッドを有する光電素子を備え、該光電素子が受光する光の強度に基づく電気信号を出力する放射線検出器用部品であって、前記基板の他の領域上に配置されたパッド形成部と、該パッド形成部上に形成され、前記光電素子の受光面上に配置された前記第1パッドと同一平面を形成するよう配置され、前記第1パッドと電気的に接続された第2パッドとを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a photoelectric element disposed on a partial region of the upper surface of a substrate and having a first pad on a light receiving surface, and an electric signal based on the intensity of light received by the photoelectric element. A radiation detector component for outputting, a pad forming portion disposed on another region of the substrate, and the first pad formed on the pad forming portion and disposed on the light receiving surface of the photoelectric element And a second pad that is arranged to form the same plane and is electrically connected to the first pad.
また、本発明は、上記の発明において、前記第1パッドと前記第2パッドとの間はワイヤボンディングにより電気的に接続されていることを特徴とする。 In the present invention, the first pad and the second pad are electrically connected by wire bonding.
また、本発明は、上記の発明において、前記基板裏面に配置された第3パッドと、前記第2パッドと前記第3パッドとを電気的に接続する立体配線とをさらに備えることを特徴とする。 In the present invention , the present invention further includes a third pad disposed on the back surface of the substrate, and a three-dimensional wiring that electrically connects the second pad and the third pad. .
また、本発明は、上記の発明のいずれか一つに記載の前記基板はMID基板であって、前記立体配線は、前記MID基板によって形成されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the substrate according to any one of the above inventions is an MID substrate, and the three-dimensional wiring is formed by the MID substrate.
また、本発明は、上記の発明のいずれか一つに記載の発明において、前記立体配線は、前記基板を貫通して形成されるスルーホールを含むことを特徴とする。 In the invention according to any one of the above inventions, the three-dimensional wiring includes a through hole formed through the substrate.
また、本発明は、上記の発明のいずれか一つに記載の発明において、前記基板および前記パッド形成部は、一体的に形成されていることを特徴とする。 In the invention according to any one of the above inventions, the substrate and the pad forming portion are integrally formed.
また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、前記光電素子の受光面上に配置され、受線した放射線を前記光電素子が電気信号に変換可能な波長帯域の光に変換する変換素子とを備えたことを特徴とする。 Further, the present invention provides the radiation detector component according to the invention described above and the radiation arranged on the light receiving surface of the photoelectric element, and converts the received radiation into light in a wavelength band that the photoelectric element can convert into an electric signal. And a conversion element.
また、本発明は、MID基板およびそれに接触して設置されたフォトダイオードアレイを有し、該フォトダイオードアレイの下面と接触する側の該MID基板上面にパッド形成用突起が設けられていて該パッド形成用突起の上端面が該フォトダイオードアレイの上面と同じ高さであり、該フォトダイオードアレイの各々のフォトダイオード素子の上面で該パッド形成用突起に隣接する部分にそれぞれ第1パッドが設けられており、該パッド形成用突起の上端面で各々の第1パッドと隣接する部分にそれぞれ第2パッドが設けられており、対応する該第1パッドと該第2パッドとの間にはワイヤボンディングが設けられており、該フォトダイオードアレイと接触する該MID基板上面上には配線パターンが設けられており、該MID基板下面には該第2パッドの数と同数の第1端子および1個の第2端子が設けられており、該第2パッドと該第1端子とが1対1の関係で電気的に接続されており、該配線パターンと該第2端子とが電気的に接続されていることを特徴とする。 The present invention also includes an MID substrate and a photodiode array placed in contact with the MID substrate, and a pad forming protrusion is provided on the upper surface of the MID substrate on the side in contact with the lower surface of the photodiode array. The upper end surface of the forming projection is the same height as the upper surface of the photodiode array, and a first pad is provided on a portion of the upper surface of each photodiode element of the photodiode array adjacent to the pad forming projection. A second pad is provided on each of the upper end surfaces of the pad forming protrusions adjacent to the first pad, and wire bonding is performed between the corresponding first pad and the second pad. A wiring pattern is provided on the upper surface of the MID substrate that contacts the photodiode array, and is provided on the lower surface of the MID substrate. Is provided with the same number of first terminals and one second terminal as the number of the second pads, and the second pads and the first terminals are electrically connected in a one-to-one relationship. The wiring pattern and the second terminal are electrically connected.
また、本発明は、上記の発明において、前記MID基板上面に前記フォトダイオードアレイの位置決めのための溝または位置決め突起が設けられていることを特徴とする。 In the present invention , the present invention is characterized in that a groove or a positioning projection for positioning the photodiode array is provided on the upper surface of the MID substrate.
また、本発明は、1個のMID基板およびそれに接触して設置された複数個のフォトダイオード素子を有し、各々の該フォトダイオード素子の下面と接触する側の該MID基板上面に各々の該フォトダイオード素子の位置決めのための溝または位置決め突起が設けられており、また、該MID基板上面にパッド形成用突起が設けられていて該パッド形成用突起の上端面が各々の該フォトダイオード素子の上面と同じ高さであり、各々の該フォトダイオード素子の上面で該パッド形成用突起に隣接する部分にそれぞれ第1パッドが設けられており、該パッド形成用突起の上端面で各々の第1パッドと隣接する部分にそれぞれ第2パッドが設けられており、対応する該第1パッドと該第2パッドとの間にはワイヤボンディングが設けられており、各々の該フォトダイオード素子と接触する該MID基板上面上には配線パターンが設けられており、該MID基板下面には該第2パッドの数と同数の第1端子および1個の第2端子が設けられており、該第2パッドと該第1端子とが1対1の関係で電気的に接続されており、該配線パターンと該第2端子とが電気的に接続されていることを特徴とする。 The present invention also includes one MID substrate and a plurality of photodiode elements placed in contact with the MID substrate, and each MID substrate upper surface on the side in contact with the lower surface of each photodiode element. Grooves or positioning protrusions for positioning the photodiode elements are provided, and pad forming protrusions are provided on the upper surface of the MID substrate, and the upper end surfaces of the pad forming protrusions are arranged on the respective photodiode elements. A first pad is provided at a portion adjacent to the pad forming protrusion on the upper surface of each photodiode element and having the same height as the upper surface. Each first pad is provided at the upper end surface of the pad forming protrusion. A second pad is provided in each portion adjacent to the pad, and wire bonding is provided between the corresponding first pad and the second pad, A wiring pattern is provided on the upper surface of the MID substrate in contact with each of the photodiode elements, and the same number of first terminals and one second terminal as the number of the second pads are provided on the lower surface of the MID substrate. Provided, wherein the second pad and the first terminal are electrically connected in a one-to-one relationship, and the wiring pattern and the second terminal are electrically connected. And
また、本発明は、上記の発明において、位置決め突起が土手状となっていて、隣接チャンネル間の仕切板として機能することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the positioning protrusion has a bank shape and functions as a partition plate between adjacent channels.
また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、該放射線検出器用部品のフォトダイオードアレイの上面の上に各々の素子が対応するように設置されたシンチレータアレイとを有することを特徴とする。 Further, the present invention includes the radiation detector component according to the invention described above , and a scintillator array installed so that each element corresponds to the upper surface of the photodiode array of the radiation detector component. Features.
また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、該放射線検出器用部品の各々のフォトダイオード素子の上面の上に各々の素子に対応するように設置されたシンチレータ素子とを有することを特徴とする。 Further, the present invention includes the radiation detector component according to the invention described above , and a scintillator element installed on the upper surface of each photodiode element of the radiation detector component so as to correspond to each element. It is characterized by that.
また、本発明は、所定数の上記の発明に記載の放射線検出器が縦横に配置されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a predetermined number of the radiation detectors according to the above invention are arranged vertically and horizontally.
また、本発明は、シンチレータアレイと、該シンチレータアレイのアレイ整列方向の一方の側面に配置されたフォトダイオードアレイと、該フォトダイオードアレイの各々のフォトダイオード素子に電気的に接続されていて該フォトダイオードアレイの表面に配置されている各々の配線とを有し、該各々の配線の末端が該シンチレータアレイとの接触部分よりも受光方向下流側に存在していることを特徴とする。 The present invention also provides a scintillator array, a photodiode array disposed on one side surface of the scintillator array in the array alignment direction, and a photodiode array electrically connected to each photodiode element of the photodiode array. Each of the wirings is arranged on the surface of the diode array, and the terminal of each of the wirings is present on the downstream side in the light receiving direction from the contact portion with the scintillator array.
また、本発明は、シンチレータアレイと、該シンチレータアレイのアレイ整列方向の一方の側面に配置されたフォトダイオードアレイと、該フォトダイオードアレイの各々のフォトダイオード素子に電気的に接続されていて該フォトダイオードアレイの表面に配置されている各々の配線とを有し、該各々の配線が該シンチレータアレイとの接触部分よりも受光方向下流側に延びた後、該シンチレータアレイのアレイ整列方向に延び、該各々の配線の末端が該シンチレータアレイとの接触部分を越えた側方位置に存在していることを特徴とする。 The present invention also provides a scintillator array, a photodiode array disposed on one side surface of the scintillator array in the array alignment direction, and a photodiode array electrically connected to each photodiode element of the photodiode array. Each wiring disposed on the surface of the diode array, and each wiring extends downstream in the light receiving direction from the contact portion with the scintillator array, and then extends in the array alignment direction of the scintillator array, The end of each wiring is present in a lateral position beyond the contact portion with the scintillator array.
また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、該放射線検出器用部品を支持する基板と、該基板に設けられた配線とを有し、該基板の配線が上記フォトダイオードアレイの表面に配置されている各々の配線の末端に電気的に連結されていることを特徴とする。 The present invention also includes the radiation detector component according to the invention described above, a substrate that supports the radiation detector component, and a wiring provided on the substrate, wherein the wiring on the substrate is the photodiode array. It is electrically connected to the terminal of each wiring arrange | positioned on the surface of this.
また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、該放射線検出器用部品を支持する基板とを有することを特徴とする。 Moreover, this invention has the components for radiation detectors as described in said invention , and the board | substrate which supports this components for radiation detectors, It is characterized by the above-mentioned.
また、本発明は、所定数の上記の発明に記載の放射線検出器が縦横に配置されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a predetermined number of the radiation detectors according to the above invention are arranged vertically and horizontally.
また、本発明は、所定数の上記の発明に記載の放射線検出器が、シンチレータアレイのアレイ整列方向とは直角の方向に配置されていることを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized in that a predetermined number of the radiation detectors according to the above invention are arranged in a direction perpendicular to the array alignment direction of the scintillator array.
また、本発明は、基板の一部に設けられた埋め込み用溝部と、1次元アレイ状に配列された複数の光電素子を備え、前記埋め込み用溝部に埋め込まれた光電素子アレイと、前記光電素子の受光面上にそれぞれ配置された第1パッドと、前記第1パッドに対応して前記基板にそれぞれ設けられ、前記第1パッドと電気的に接続された第2パッドとを備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided an embedding groove provided in a part of a substrate, a plurality of photoelectric elements arranged in a one-dimensional array, a photoelectric element array embedded in the embedding groove, and the photoelectric element. A first pad disposed on the light receiving surface, and a second pad provided on the substrate corresponding to the first pad and electrically connected to the first pad. To do.
また、本発明は、上記の発明において、前記光電素子アレイよりも受光方向上流側に、光導波路をさらに備えることを特徴とする。 Moreover, the present invention is characterized in that, in the above invention, an optical waveguide is further provided on the upstream side in the light receiving direction from the photoelectric element array.
また、本発明は、上記の発明において、前記光導波路は、基板上面上に設けられた受光部分に入射する光を、該受光部分よりも小さい受光面積を有する前記光電素子の受光面まで導波することを特徴とする。 In the present invention, the optical waveguide guides light incident on a light receiving portion provided on the upper surface of the substrate to a light receiving surface of the photoelectric element having a light receiving area smaller than the light receiving portion. It is characterized by doing.
また、本発明は、上記の発明において、前記第2パッドは前記基板上面上に配置され、前記光電素子アレイの厚みと前記溝部の深さとは同一であって、前記光電素子アレイ上面と、前記基板上面とが同一の平面を形成することを特徴とする。 Further, the present invention is the above invention, wherein the second pad is disposed on the upper surface of the substrate, the thickness of the photoelectric element array and the depth of the groove portion are the same, and the upper surface of the photoelectric element array; The upper surface of the substrate forms the same plane.
また、本発明は、上記の発明において、前記溝部の深さと前記光電素子アレイの厚みとの差分値が1μm以上、100μm以下であることを特徴とする。 In the invention described above, the difference value between the depth of the groove and the thickness of the photoelectric element array is 1 μm or more and 100 μm or less.
また、本発明は、上記の発明の発明において、前記埋め込み用溝部を複数備え、複数の前記光電素子アレイは、前記光電素子アレイのアレイ整列方向とは直角の方向に配列されていることを特徴とする。 Further, the present invention is the invention of the above-mentioned invention, wherein a plurality of the embedding grooves are provided, and the plurality of photoelectric element arrays are arranged in a direction perpendicular to the array alignment direction of the photoelectric element arrays. And
また、本発明は、上記の発明において、前記基板の裏面に第3パッドをさらに備え、該第3パッドと前記第2パッドとは前記基板を貫通して形成されたスルーホールによって電気的に接続されていることを特徴とする。 Further, the present invention is the above invention, further comprising a third pad on the back surface of the substrate, wherein the third pad and the second pad are electrically connected by a through hole formed through the substrate. It is characterized by being.
また、本発明は、上記の発明に記載の放射線検出器用部品と、前記光電素子の受光面上に配置され、受線した放射線を前記光電素子が電気信号に変換可能な波長帯域の光に変換する変換素子とを備えたことを特徴とする。 Further, the present invention provides the radiation detector component according to the invention described above and the radiation arranged on the light receiving surface of the photoelectric element, and converts the received radiation into light in a wavelength band that the photoelectric element can convert into an electric signal. And a conversion element.
本発明の放射線検出器用部品および放射線検出器においては、MID基板を採用してフォトダイオードの上面と一次基板の表面との段差をなくしてワイヤボンディングに必要なスペースを最小にし、出力端子を一次基板の下側に配置し、出力端子とワイヤボンディングパッドとを立体配線で接続することにより放射線検出器を小型化しているので、放射線検出器を隙間なく配置することができ、したがって、たとえばX線CT装置の単位面積あたりの有効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。 In the radiation detector component and the radiation detector of the present invention, an MID substrate is employed to eliminate the step between the upper surface of the photodiode and the surface of the primary substrate, thereby minimizing the space required for wire bonding and providing the output terminal as the primary substrate. Since the radiation detector is miniaturized by connecting the output terminal and the wire bonding pad with a three-dimensional wiring, the radiation detector can be arranged without any gap, and thus, for example, X-ray CT The effective X-ray receiving area per unit area of the apparatus can be maximized and the detection efficiency can be increased.
また、本発明の放射線検出器用部品および放射線検出器においては、フォトダイオードアレイの各々のフォトダイオード素子に電気的に接続されている各々の配線を放射線検出器の受光方向下流側、すなわち下側で取り出しているので、単位放射線検出器の小型化および制作が容易になり、かつ放射線検出装置の制作が容易になり、放射線検出器を隙間なく配置することができ、したがって、たとえばX線CT装置の単位面積あたりの有効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。 In the radiation detector component and the radiation detector of the present invention, each wiring electrically connected to each photodiode element of the photodiode array is connected downstream in the light receiving direction of the radiation detector, that is, on the lower side. Since the unit radiation detector is taken out, it is easy to downsize and produce the unit radiation detector, and the production of the radiation detection apparatus is facilitated, and the radiation detector can be arranged without gaps. The effective X-ray receiving area per unit area can be maximized and the detection efficiency can be increased.
さらに、本発明の放射線検出装置においては、基板上面に溝部を形成し、その溝部にフォトダイオードアレイを埋め込むことで、フォトダイオードアレイの位置決めを容易におこなうことができる。また、フォトダイオードアレイ上に配置される第1パッドと、基板上に配置される第2パッドとが同一平面を形成するように配置されているため、ワイヤボンディングに必要なスペースを最小にし、たとえばX線CT装置の単位面積あたりの有効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。さらに、第2パッドは、基板裏面に設けられた第3パッドとスルーホール等の立体配線によって電気的に接続され、第3パッドから電気信号を出力する構造としたため、有効X線受線面積を最大にするとともに、配線のための領域を広く確保することができる。 Furthermore, in the radiation detection apparatus of the present invention, the photodiode array can be easily positioned by forming a groove on the upper surface of the substrate and embedding the photodiode array in the groove. Further, since the first pad arranged on the photodiode array and the second pad arranged on the substrate are arranged so as to form the same plane, the space required for wire bonding is minimized, for example, The effective X-ray receiving area per unit area of the X-ray CT apparatus can be maximized and the detection efficiency can be increased. Furthermore, since the second pad is electrically connected to the third pad provided on the back surface of the substrate by a three-dimensional wiring such as a through hole and outputs an electric signal from the third pad, the effective X-ray receiving area is reduced. In addition to maximizing, a wide area for wiring can be secured.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。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。又、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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of the thickness of each part, and the like are different from the actual ones. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included in the drawings.
(実施の形態1)
まず、本実施の形態1にかかる放射線検出器用部品について説明する。図1は、本実施の形態1にかかる放射線検出器用部品の、MID(Molded Interconnected Device)基板1とフォトダイオードアレイとを分離した状態で示す概略斜視図である。また、図2は、図1のI−I線での断面図であり、図3(a)は、MID基板1とフォトダイオードアレイ2とを組み立てた状態の実施の形態1にかかる放射線検出器用部品の概略斜視図である。さらに、図3(b)は、組み立てた状態におけるフォトダイオードアレイの電気的接続について説明するための断面図である。
(Embodiment 1)
First, the radiation detector component according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a radiation detector component according to the first embodiment in a state where an MID (Molded Interconnected Device)
図1〜図3に示すように、実施の形態1にかかる放射線検出器用部品は、立体成形および立体配線を施したMID基板1およびそれに接触して設置されたフォトダイオードアレイ2を有している。フォトダイオードアレイ2の下面と接触する側のMID基板上面にはパッド形成用突起3が設けられており、このパッド形成用突起3の上端面はフォトダイオードアレイ2の上面と同じ高さまたは実質的に同じ高さにしてある。なお、図1〜図3には示されていないが、MID基板上面にはフォトダイオードアレイの位置決めのための溝または位置決めのための突起が設けられていても良い。位置決めのための溝または突起を設けることによって、放射線検出器用部品の製造において、フォトダイオードアレイ2をMID基板1上に配置する際に特別な位置決め治具を必要としなくて済む。また、フォトダイオードアレイ2の位置決めを容易におこなうことができ、製造工程を簡略化することができる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the radiation detector component according to the first embodiment includes a
フォトダイオードアレイ2の各々のフォトダイオード素子の上面でパッド形成用突起3に隣接する部分にそれぞれ第1パッド4が設けられており、また、パッド形成用突起3の上端面で各々の第1パッド4が設けられており、また、パッド形成用突起3の上端面で各々の第1パッド4と隣接する部分にそれぞれ第2パッド5が設けられており、これらの対応する第1パッド4と第2パッド5との間にはワイヤボンディング6が設けられている。
A first pad 4 is provided on the upper surface of each photodiode element of the
第1パッド4と第2パッド5との間の電気的接続について、図3(b)を参照して説明する。上述したように、対応する第1パッド4と第2パッド5との間は、ワイヤボンディング6によって電気的に接続されている。ここで、パッド形成用突起3の上端面とフォトダイオードアレイ2の上面の高さは、図3(b)にも示すように、同じか実質的に同じである。したがって、ワイヤボンディング6を設けるにあたって、第1パッド4と、第2パッド5との間の水平距離を大きく取る必要はなく、パッド形成用突起3の幅を狭くすることができる。なお、第1パッド4と第2パッド5との間の水平距離を小さくする観点からは、第1パッド4および第2パッド5の高さが同じか実質的に同じであれば足りる。したがって、この条件が満たされてさえいれば、フォトダイオードアレイ2の上面とパッド形成用突起3の上端面とが同じもしくは実質的に同じ高さである必要はない。
The electrical connection between the first pad 4 and the second pad 5 will be described with reference to FIG. As described above, the corresponding first pad 4 and second pad 5 are electrically connected by
また、図3(a)からも分かるように、フォトダイオードアレイ2と接触するMID基板1の上面上には、配線パターン7、たとえばカソード配線パターン7が設けられており、MID基板下面には第2パッド5の数と同数の、たとえばピン状の第1端子8、たとえばアノード端子8および1個のたとえばピン状の第2端子9、たとえばカソード端子9が設けられている。さらに、第2パッド5と第1端子8、たとえばアノード端子8とが1対1の関係で、MIDにより形成されている配線10により電気的に接続されており、また、配線パターン7たとえばカソード配線パターン7と第2端子9、たとえばカソード端子9とがたとえばMID基板1に設けられた穴に配置した配線により電気的に接続されている。これにより、フォトダイオードアレイ2を構成する個々のフォトダイオード素子の第1パッド4は、ワイヤボンディング6を介して第2パッド5と電気的に接続する。さらに、第2パッド5は、図2で示したように、配線10を介して第1端子8に電気的に接続することから、個々のフォトダイオード素子の第1パッド4は、第1端子8と電気的に接続している。一方、個々のフォトダイオード素子は底面においてカソード電極を有し、その電極は配線パターン7を介して第2端子9に電気的に接続している。ここで、個々のフォトダイオード素子のカソード電極は互いに短絡して共通の第2端子9に接続されているが、個々のフォトダイオード素子の第1パッド4は、互いに短絡することなく第1端子8に接続されている。したがって、個々のフォトダイオード素子から出力される電気信号は、それぞれに対応した第1端子8を介して個別に取り出すことができる構造となっている。なお、このアノードとカソードとが逆になっていても全く同様である。
As can also be seen from FIG. 3A, a wiring pattern 7, for example, a cathode wiring pattern 7, is provided on the upper surface of the
このような構成で放射線検出装置を実現した場合、フォトダイオードアレイ2を構成する個々のフォトダイオードから発生する電気信号を検出するための配線に必要な領域が少なくてすむという特徴を有する。すなわち、第2パッド5から出力される電気信号をMID基板1の下部に設けた第1端子8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2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。従来のように基板表面に2次元的な配線をした場合には、必要な配線をすべてフォトダイオードアレイ間の隙間領域に平面状に配置する構造となる。したがって、必要な配線を確保するためには隙間領域を広くする必要があった。本実施の形態1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。
When the radiation detection apparatus is realized with such a configuration, a region necessary for wiring for detecting an electric signal generated from each photodiode constituting the
なお、図1〜図3においては、放射線検出器用部品の上面のフォトダイオード素子の数、したがって第2パッド5の数が8であり、放射線検出器用部品の裏面のピン状端子の数が9である場合を例示しているので、各々の第2パッド5の間隔と、各々のピン状端子の間隔、各々の穴の間隔とは一致していない。ここで、当然のことながら図1〜図3で示すフォトダイオード素子の数、第2パッド5の数、および第1端子8の数はあくまで例示的なものである。したがって、フォトダイオードの数が8よりも多い場合でも、少ない場合であっても図1〜図3に示すような構造を実現することができる。 1 to 3, the number of photodiode elements on the upper surface of the radiation detector component, that is, the number of second pads 5 is 8, and the number of pin-shaped terminals on the back surface of the radiation detector component is 9. Since a certain case is illustrated, the interval between the second pads 5 does not match the interval between the pin-shaped terminals and the interval between the holes. Here, as a matter of course, the number of the photodiode elements, the number of the second pads 5 and the number of the first terminals 8 shown in FIGS. 1 to 3 are merely exemplary. Therefore, the structure shown in FIGS. 1 to 3 can be realized regardless of whether the number of photodiodes is more than eight or less.
なお、実施の形態1にかかる放射線検出器用部品では、MID基板1に配線10を施すことによって立体配線を実現しているが、MID基板1およびパッド形成用突起3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。
In the radiation detector component according to the first exemplary embodiment, the three-dimensional wiring is realized by providing the
(変形例)
次に、実施の形態1にかかる放射線検出器用部品の変形例について説明する。この変形例では、フォトダイオードアレイ2を用いるのではなく、互いに分離した個々のフォトダイオード素子をMID基板1上に配列する構造を有する。
(Modification)
Next, a modification of the radiation detector component according to the first embodiment will be described. In this modification, the
すなわち、変形例にかかる放射線検出器用部品は、図1〜図3に示した実施の形態1にかかる放射線検出器用部品で用いたフォトダイオードアレイ2を複数個のフォトダイオード素子に変更し、MID基板1上面に各々のフォトダイオード素子の位置決めのための溝または位置決め突起を設けるように変更したものである。この位置決め突起が土手状となっていて、隣接チャンネル間の仕切板として機能するように構成することによりフォトダイオードとシンチレータとの間に用いる透明接着剤層による光クロストークを低減できるので好ましい。
That is, the radiation detector component according to the modification is obtained by changing the
また、位置決め突起もしくは溝を有することで、個々のフォトダイオード素子をMID基板1上に配置する際に特別な位置決め治具を要しないという利点も有する。また、容易にフォトダイオード素子の位置決めをおこなうことができるため、放射線検出器用部品の製造を低コストで迅速におこなうことができる。
Further, since the positioning protrusions or grooves are provided, there is an advantage that no special positioning jig is required when arranging the individual photodiode elements on the
(実施の形態2)
次に、実施の形態2にかかる放射線検出器について説明する。図4は、実施の形態1にかかる放射線検出器用部品とシンチレータアレイとを分離した状態で示す概略斜視図であり、図5は、上記の実施の形態1にかかる放射線検出器用部品とシンチレータアレイを組み立てた状態の実施の形態2にかかる放射線検出器の概略斜視図である。
(Embodiment 2)
Next, the radiation
図4および図5に示すように、実施の形態2にかかる放射線検出器は、図3に示す上記の実施の形態1にかかる放射線検出器用部品と、放射線検出器用部品のフォトダイオードアレイの上面上に各々の素子が対応するように設置されたシンチレータアレイ11とを有している。このシンチレータアレイ11は、シンチレータ素子12とセパレータ13とからなるものである。また、上記の放射線検出器用部品とシンチレータアレイ11とは光学接着剤で固定されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the radiation detector according to the second embodiment includes the radiation detector component according to the first embodiment shown in FIG. 3 and the upper surface of the photodiode array of the radiation detector component. And a scintillator array 11 installed so that each element corresponds. The scintillator array 11 includes a scintillator element 12 and a
(変形例)
実施の形態2の変形例にかかる放射線検出器は、図1〜図3に示した実施の形態1にかかる放射線検出器用部品で用いたフォトダイオードアレイ2を複数個のフォトダイオード素子に変更し、MID基板1上面に各々のフォトダイオード素子の位置決めのための溝または位置決め突起を設けるように変更した実施の形態1の変形例にかかる放射線検出器用部品と、放射線検出器用部品の各々のフォトダイオード素子の上面の上に各々の素子に対応する用に設置されたシンチレータ素子とを有するものであり、その他は図4および図5に示した実施の形態2にかかる放射線検出器と実質的に同一である。変形例にかかる放射線検出器においては、この位置決め突起が土手状になっていて、隣接チャンネル間の仕切板として機能するように構成することによりフォトダイオードとシンチレータとの間に用いる透明接着剤層による光クロストークを低減できるので好ましい。
(Modification)
In the radiation detector according to the modification of the second embodiment, the
(実施の形態3)
次に、実施の形態3にかかる放射線検出装置について説明する。図6は、図5に示した所定数の放射線検出器を縦横に配置して得た実施の形態3にかかる放射線検出装置の概略斜視図であり、図7は、さらにコリメータ14を組み込んだ放射線検出装置の概略斜視図である。図6および図7で示すように、放射線検出装置は、フォトダイオードとシンチレータ素子との組み合わせからなる放射線検出部が2次元的に配列された構造を有する。このことから、単一スライスのみならず、マルチスライスX線CT装置における放射線検出装置として使用することができる。
(Embodiment 3)
Next, the radiation detection
上で述べたように、実施の形態1〜3においては、フォトダイオードの上面と一次基板の表面との段差をなくしてワイヤボンディングに必要なスペースを最小にし、出力端子を一次基板の下側に配置し、出力端子とワイヤボンディングパッドとを立体配線で接続することにより放射線検出器を小型化しているので、図6または図7に示すように、放射線検出器を隙間なく配置することができ、したがって、たとえばX線CT装置の単位面積あたりの有効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。 As described above, in the first to third embodiments, the step between the upper surface of the photodiode and the surface of the primary substrate is eliminated to minimize the space required for wire bonding, and the output terminal is located below the primary substrate. Since the radiation detector is miniaturized by arranging and connecting the output terminal and the wire bonding pad with a three-dimensional wiring, as shown in FIG. 6 or FIG. 7, the radiation detector can be arranged without a gap, Therefore, for example, the effective X-ray receiving area per unit area of the X-ray CT apparatus can be maximized, and the detection efficiency can be increased.
(実施例)
図1に示したフォトダイオードアレイ2として、長さ13.6mm、幅1.35mm、厚さ0.3mmのPIN型シリコンフォトダイオードを用いた。また、図1に示したMID基板1として、基材がポリプラスチック社製の液晶ポリマーであり、基板全体の長さが13.6mm、厚さが1.5mm、幅が1.5mm、突起部の長さが13.6mm、高さが0.3mm、幅が0.14mm、ピン状出力端子の直径が0.46mmであり、配線がワイヤボンディングパッド部、垂直配線部およびスルーホール部とも銅メッキ、ニッケルメッキおよび金メッキを施したものを用いた。図4に示したシンチレータとして、長さ13.6mm、幅1.5mm、厚さ2mmのCdWO4を用いた。
(Example)
As the
上記のフォトダイオードおよびMID基板1を組み立てて本発明の放射線検出器用部品を作製し、さらにシンチレータを組み入れて本発明の放射線検出器を作製した。また、所定数のこの放射線検出器を組み立てて、二次元放射線検出装置を作製した。
The above-described photodiode and
なお、本発明においては、MID基板1について上記のポリプラスチック社製の液晶ポリマーの代わりに、立体成形の可能な任意の樹脂を用いることができ、MID基板上の配線として上記のメッキの代わりに導電性材料の印刷、銅箔の転写を採用することができ、ピン状出力端子の代わりにスルーホールのままでも、はんだバンプでも良い。また、シンチレータの材質について、CsIやNaIでも良く、その他にもBi4Ge3O12、BaF2、Gd2SiO5、Lu2SiO5や、各種セラミックシンチレータなどが代表的な材料として例示できるが、基本的には入射する放射線を光に変換することのできる素子であればよい。
In the present invention, any resin that can be three-dimensionally molded can be used for the
(実施の形態4)
次に、実施の形態4にかかる放射線検出器用部品について説明する。図8(a)は、実施の形態4にかかる放射線検出器用部品の構造を示すため、フォトダイオードアレイ22とシンチレータアレイ21とを分離した状態で示す概略模式図である。また、図8(b)は、フォトダイオードアレイ22とシンチレータアレイ21とを接触させた放射線検出器用部品の概略斜視図である。図8(b)に示すように、本実施の形態4にかかる放射線検出器用部品においては、シンチレータアレイ21の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22が配置され、シンチレータアレイ21とフォトダイオードアレイ22とは、光学接着剤によって接着されている。シンチレータアレイ21は、個々のシンチレータ素子23と、セパレータ24とからなるものであり、このフォトダイオードアレイ22には、図8(a)に示すように、個々のシンチレータ素子23と対面する部分に各々のフォトダイオード素子22aが形成されている。また、各々のフォトダイオード素子22aにはそれぞれ配線25が電気的に接続されており、各々の配線25はフォトダイオードアレイの表面に配置されていて、各々の配線25の末端は、フォトダイオードアレイ22とシンチレータアレイ21とが接触する部分よりも受光方向下流側、すなわち図8(a)および図8(b)における下側に存在していて、端子26を形成している。
(Embodiment 4)
Next, the radiation detector component according to the fourth exemplary embodiment will be described. FIG. 8A is a schematic schematic diagram showing the photodiode array 22 and the
本実施の形態4においては、フォトダイオードアレイ22は、シンチレータアレイ21に対して受光方向下流側に位置しておらず、シンチレータアレイ21の整列方向の一方の側面に配置されている。しかし、フォトダイオードアレイ22に含まれる各々のフォトダイオード素子22aは、X線を直接電気信号に変換するのではない。具体的には、各々のフォトダイオード素子22aは、シンチレータアレイ21に入射したX線に起因して、シンチレータ素子23を構成する原子から放射状に分散される可視光線を受光している。したがって、X線についての受光方向下流側に位置していなくとも、フォトダイオード素子22aは、問題なく可視光線を受光することができる。
In the fourth embodiment, the photodiode array 22 is not located on the downstream side in the light receiving direction with respect to the
このように、シンチレータアレイ21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22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22の厚みは、厚くともせいぜい数百μm程度しかない。したがって、受光方向から実施の形態4にかかる放射線検出器用部品を見た場合、シンチレータアレイ21の占める面積と比較して、フォトダイオードアレイ22が占める面積を非常に小さくすることができる。これにより、放射線検出器用部品を複数配列して放射線検出器を構成した場合に、放射線検出器用部品を隙間なく配置することができる。したがって、たとえばX線CT装置に使用した場合、X線CT装置の単位面積あたりの有効X線受線面積を大きくし、検出効率を増大させることができるという利点を有する。
As described above, the following advantages are obtained by arranging the photodiode array 22 on one side surface in the array alignment direction with respect to the
(実施の形態5)
次に、実施の形態5にかかる放射線検出器について説明する。図9は、実施の形態4にかかる放射線検出器用部品を複数用いて、放射線検出器を構成した場合の状態を示す概略断面図である。図9に示すように、実施の形態5にかかる放射線検出器は、図8(a)に示す放射線検出器用部品27が、基板28の上に固定されることによって支持されている。ここで、基板28は、シンチレータアレイ21のアレイ整列方向の長さに関してはシンチレータアレイ21とほぼ同じ長さを有し、シンチレータアレイ整列方向と直角の方向の幅に関しては、シンチレータアレイ21とほぼ同じ幅を有する。なお、基板28の高さに関しては、特に制限はない。基板28上には各々のフォトダイオード素子に対応するように配線29が設けられている。
(Embodiment 5)
Next, the radiation detector concerning Embodiment 5 is demonstrated. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which a radiation detector is configured by using a plurality of radiation detector components according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 9, the radiation detector according to the fifth embodiment is supported by fixing a
次に、図9に示した放射線検出器の組立方法について、説明する。図9に示す構造に組み立てる場合には、ワイヤボンディング操作が容易になるように、基板28上に設けられた配線29は、隣接する放射線検出器用部品27のフォトダイオードアレイ22の表面に配置されている各々の配線の端子26にワイヤボンディング30により電気的に連結されており、各基板28にはワイヤボンディング30の位置に相当する部分に窪みが設けられている。
Next, a method for assembling the radiation detector shown in FIG. 9 will be described. In the case of assembling the structure shown in FIG. 9, the wiring 29 provided on the substrate 28 is arranged on the surface of the photodiode array 22 of the adjacent
ここで、図9に示した状態に組み立てるためは、水平方向に順次組み立てていくのではなく、図9の左側を下にして垂直方向に置いて順次組み立てる。すなわち、放射線検出器用部品(説明の便宜上、27Aとする)と基板(説明の便宜上、28Aとする)とを横方向に並べて配置させた後、放射線検出器用部品27Aの上に放射線検出器用部品27Bを重ねて固定し、その重ねた放射線検出器用部品27Bの端子26と基板28A上に設けられた配線29とをワイヤボンディング30で電気的に連結する。そして、基板28Aの上に基板28Bを重ねて固定する。その後、放射線検出器用部品27Cを重ねて固定し、放射線検出器用部品27Cの端子26と基板28Bの配線29とをワイヤボンディング30で電気的に連結する。この操作をくり返して所定数の放射線検出器用部品を用いた二次元放射線検出装置を形成する。
Here, in order to assemble in the state shown in FIG. 9, the assembly is not performed sequentially in the horizontal direction, but is performed in the vertical direction with the left side of FIG. 9 facing down. That is, the radiation detector component (referred to as 27A for convenience) and the substrate (referred to as 28A for convenience) are arranged side by side in the horizontal direction, and then the radiation detector component 27B on the radiation detector component 27A. Are stacked and fixed, and the
さらに必要に応じて、このようにして組み立てた二次元放射線検出装置がシンチレータアレイ21のアレイ整列方向に2組以上配置された一層広い有効面積の二次元放射線検出装置とすることもできる。
Furthermore, if necessary, a two-dimensional radiation detection apparatus having a wider effective area in which two or more sets of the two-dimensional radiation detection apparatus assembled in this manner are arranged in the array alignment direction of the
なお、基板28は、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、液晶ポリマー基板、エポキシ樹脂のモールド品で構成する基板、その他のプラスチック基板等の材料を用いることができる。 The substrate 28 may be made of a material such as a glass epoxy substrate, a ceramic substrate, a liquid crystal polymer substrate, a substrate made of an epoxy resin mold, or another plastic substrate.
図9に示す放射線検出器においては、複数個の放射線検出器用部品27とそれに対応した個数の基板28とで構成されているが、図10に示すように、シンチレータアレイのアレイ整列方向とは直角の方向に、所定数の放射線検出器分の長さに渡って連続させた基板31を用いることもできる。この場合には、基板31の上面に、放射線検出器用部品27のフォトダイオードアレイ22とシンチレータアレイ21との接触部分よりも下に延伸しているフォトダイオードアレイ22の部分を収容する溝を設け、また、基板31中に導電性ピン32を埋め込んで、フォトダイオードアレイ22の表面に配置されている各々の配線の端子26と電気的に連結できるようにする。
The radiation detector shown in FIG. 9 includes a plurality of
図11は、図9または図10に示した所定数の放射線検出器を連結して配置して得た二次元放射線検出装置から、基板28の部分を除いて図示した概略斜視図である。 FIG. 11 is a schematic perspective view of the two-dimensional radiation detection apparatus obtained by connecting and arranging the predetermined number of radiation detectors shown in FIG. 9 or FIG.
上で述べたように、放射線検出器用部品27および放射線検出器においては、フォトダイオードアレイ22の各々のフォトダイオード素子に電気的に接続している各々の配線25を放射線検出器の受光方向下流側、すなわち下側で取り出しているので、図11に示すように、放射線検出器を隙間なく配置することができ、したがって、たとえばX線CT装置の単位面積あたりの有効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。
As described above, in the
(実施の形態6)
図12および図13は、本発明の実施の形態6にかかる放射線検出器用部品および放射線検出器を説明するための概略斜視図である。ここで、図12は、フォトダイオードアレイ33と、シンチレータアレイ34とを分離した状態で示す概略斜視図であり、図13は、フォトダイオードアレイ33と、シンチレータアレイ34とを組み立てた状態を示す概略斜視図である。
(Embodiment 6)
12 and 13 are schematic perspective views for explaining a radiation detector component and a radiation detector according to the sixth exemplary embodiment of the present invention. Here, FIG. 12 is a schematic perspective view showing the photodiode array 33 and the scintillator array 34 separated from each other, and FIG. 13 is a schematic view showing a state where the photodiode array 33 and the scintillator array 34 are assembled. It is a perspective view.
図12および図13からも明らかなように、実施の形態6にかかる放射線検出器用部品および放射線検出器においては、シンチレータアレイ34の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33が配置され、光学接着剤で固定される。このフォトダイオードアレイ33の各々のフォトダイオード素子にはそれぞれ配線35が電気的に接続されており、各々の配線35は、シンチレータアレイ34との接触部分よりも受光方向下流側に延伸した結果、シンチレータアレイ34のアレイ整列方向にのび、各々の配線の末端は、シンチレータアレイ34との接触部分を超えた側方位置に存在していて、端子36を形成している。基板37は、その一部がフォトダイオードアレイ33の裏面に固着され、他の部分において配線38を有し、配線38と端子36とは、ワイヤボンディングによって電気的に接続されている。 As is apparent from FIGS. 12 and 13, in the radiation detector component and the radiation detector according to the sixth embodiment, the photodiode array 33 is arranged on one side surface of the scintillator array 34 in the array alignment direction, and the optical detector is used. It is fixed with an adhesive. A wiring 35 is electrically connected to each photodiode element of the photodiode array 33, and each wiring 35 extends downstream from the contact portion with the scintillator array 34 in the light receiving direction. Extending in the array alignment direction of the array 34, the end of each wiring exists at a side position beyond the contact portion with the scintillator array 34, and forms a terminal 36. A part of the substrate 37 is fixed to the back surface of the photodiode array 33 and has a wiring 38 in another part. The wiring 38 and the terminal 36 are electrically connected by wire bonding.
このように構成することで、フォトダイオードアレイ33に含まれる各々のフォトダイオード素子から引き出す配線35および端子36について、次の利点を有する。すなわち、フォトダイオードアレイ33は、シンチレータアレイ34の側面に配置されているため、フォトダイオードアレイ33の厚みのみが有効X線受線面積に影響を与える。したがって、フォトダイオードアレイ33のフォトダイオード素子が配置される面の面積を大きくすることができる。このことから、フォトダイオードアレイ33を受光方向下流側に大きく延伸することが可能となる。フォトダイオードアレイ33において、各々のフォトダイオード素子が配置された領域以外については配線35を配置することが可能である。したがって、フォトダイオードアレイ33の面積を大きくすることで、配線35および端子36を配置する領域を広くとれることとなり、配線35の幅および端子36の面積を大きくすることができる。したがって、従来のように微細配線を施す必要はなく、断線や、高抵抗といった問題を防止することができる。 With this configuration, the wiring 35 and the terminal 36 drawn from each photodiode element included in the photodiode array 33 have the following advantages. That is, since the photodiode array 33 is disposed on the side surface of the scintillator array 34, only the thickness of the photodiode array 33 affects the effective X-ray receiving area. Therefore, the area of the surface where the photodiode elements of the photodiode array 33 are arranged can be increased. For this reason, the photodiode array 33 can be greatly extended downstream in the light receiving direction. In the photodiode array 33, wirings 35 can be arranged in areas other than areas where the respective photodiode elements are arranged. Therefore, by increasing the area of the photodiode array 33, a region where the wiring 35 and the terminal 36 are arranged can be widened, and the width of the wiring 35 and the area of the terminal 36 can be increased. Therefore, it is not necessary to provide fine wiring as in the prior art, and problems such as disconnection and high resistance can be prevented.
実施の形態6にかかる放射線検出器用部品を用いて放射線検出器を作製する際には、図12および図13に示すように、シンチレータアレイ34と接触していない部分のフォトダイオードアレイ33に基板37を設けることができる。他の方法としては、放射線検出器用部品の下に放射線検出器用部品を支持する基板を設けても良く、この場合には、図9および図10に示した場合のように、フォトダイオードアレイ33上の端子26を基板の配線29または導電性ピン32に電気的に連結させる必要はない。 When producing a radiation detector using the radiation detector component according to the sixth embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the substrate 37 is placed on the photodiode array 33 in a portion not in contact with the scintillator array 34. Can be provided. As another method, a substrate for supporting the radiation detector component may be provided under the radiation detector component. In this case, as shown in FIG. 9 and FIG. It is not necessary to electrically connect the terminal 26 to the wiring 29 or the conductive pin 32 of the board.
さらに、上記の放射線検出器を用いて二次元放射線検出装置を作製する場合には、図14の概略斜視図に示すように、シンチレータアレイ34のアレイ整列方向とは直角の方向に任意の数の放射線検出器を連結させることができる。また、端子36を両側に出すことによりシンチレータアレイ34のアレイ整列方向に2組を配置させることができ、有効X線受線面積をさらに大きくすることができる。 Further, when a two-dimensional radiation detection apparatus is manufactured using the above-described radiation detector, as shown in the schematic perspective view of FIG. 14, an arbitrary number of the scintillator array 34 is arranged in a direction perpendicular to the array alignment direction. A radiation detector can be connected. Further, by extending the terminals 36 to both sides, two sets can be arranged in the array alignment direction of the scintillator array 34, and the effective X-ray receiving area can be further increased.
(実施例)
図15(a)は、放射線検出器のシンチレータアレイのアレイ整列方向で切断した状態の二次元放射線検出装置の概略断面図であり、図15(b)は、図15(a)に対して垂直の方向で切断した状態の二次元放射線検出装置の概略断面図である。図15(a)および図15(b)に示すように、フォトダイオードアレイ39としては24チャンネルフォトダイオードアレイ(長さ38.05mm、幅6.0mm、厚さ0.3mm、受光部サイズ1.18mm×3.8mm、チャンネルピッチ1.5875mm)のPIN型シリコンフォトダイオードを用い、シンチレータアレイ40として、長さ38.05mm、幅5.0mm、厚さ2.19mm(チャンネルサイズ1.33mm×4.0mm×2.0mm)のCdWO4を用いた。また、基板41として厚さ0.2mmのガラスエポキシ基板を用い、フォトダイオードと基板41の配線とはワイヤボンディング42によって接続し、基板配線からの出力端子として、1.27mmピッチ、25チャンネルコネクター43を用いた。この25チャンネルのうち、24チャンネルは、アノードピン44であり、1チャンネルはカソードピン45である。この24チャンネル検出器基板を5段に積層し、その空間部分にはエポキシ樹脂46を充填し、基板のない側には保護カバー板47を設けて120チャンネルの二次元X線検出器を試作した。
(Example)
FIG. 15A is a schematic cross-sectional view of the two-dimensional radiation detection apparatus in a state cut in the array alignment direction of the scintillator array of the radiation detector, and FIG. 15B is perpendicular to FIG. 15A. It is a schematic sectional drawing of the two-dimensional radiation detection apparatus of the state cut | disconnected by this direction. As shown in FIGS. 15A and 15B, the
なお、本発明においては、ピンのかわりにBGA用のバンプを用いてもスルーホール端子を用いても良い。また、シンチレータの材質も、CdWO4の他に、CsIやNaI、LSOでも良く、各種セラミックシンチレータでも良い。 In the present invention, BGA bumps or through-hole terminals may be used instead of pins. Further, the material of the scintillator may be CsI, NaI, LSO other than CdWO 4 or various ceramic scintillators.
(実施の形態7)
次に、実施の形態7にかかる放射線検出器用部品ついて説明する。図16は、実施の形態7にかかる放射線検出装置の概略斜視図である。実施の形態7にかかる放射線検出器用部品は、図16に示すように、スライス方向に延伸した構造の溝部52を有する基板51と、溝部52に埋め込まれたフォトダイオードアレイ53とを有する。また、基板51および基板の溝部52に埋め込まれたフォトダイオードアレイ53の上には、2次元シンチレータアレイ54が配置されている。ここで、図16においては、2次元シンチレータアレイ54は、基板51から空間的に離間して配置されている。これは実施の形態7にかかる放射線検出装置の構造の理解を容易にするためであり、実際には2次元シンチレータアレイ54と基板51とは透明接着剤によって密着した状態で固定されている。また、基板51の下には、回路基板64が配置され、回路基板64上に配置される電気回路は、フォトダイオードアレイ53を構成する個々のフォトダイオード素子55と電気的に導通している。
(Embodiment 7)
Next, the radiation detector component according to the seventh embodiment will be described. FIG. 16 is a schematic perspective view of the radiation detection apparatus according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 16, the radiation detector component according to the seventh exemplary embodiment includes a substrate 51 having a
フォトダイオードアレイ53は、複数のフォトダイオード素子55を有し、複数のフォトダイオード素子55は、フォトダイオードアレイ53上において、1次元アレイ状の配列を有するように配置されている。本実施の形態7では、フォトダイオードアレイ53は、長手方向がスライス方向となるように配置されている。したがって、放射線検出装置は、図16で示すように、チャンネル方向(スライス方向と直角の方向)に4個のフォトダイオード素子55を有し、スライス方向に3個のフォトダイオード素子55を有する構造となる。
The
2次元シンチレータアレイ54は、複数のシンチレータ素子59とセパレータ60を有する。フォトダイオード素子55に対応して複数のシンチレータ素子59が2次元状に配置されており、個々のシンチレータ素子59の境界にセパレータ60を挟み込む構造をしている。
The two-
シンチレータ素子59は、入射するX線を可視光線に変換するためのものである。シンチレータ素子59はCdWO4や、CsI、NaIなどで構成され、入射するX線の強度に応じた可視光線をフォトダイオード素子55に対して出力する機能を有する。また、シンチレータ素子59の外表面には白色塗装が施されており、シンチレータ素子59の内部で変換された可視光線がシンチレータ素子59の外部に漏れ出すことを防止している。なお、シンチレータ素子59を構成する材料は、上記のもの以外でも良く、Bi4Ge3O12、BaF2、Gd2SiO5、Lu2SiO5や、各種セラミックシンチレータなどが代表的な材料として例示できるが、基本的には入射する放射線を光に変換することのできる素子であればよい。
The
セパレータ60は、X線および可視光線の透過を防止するためのものである。セパレータ60は、鉛(Pb)等を含み、X線および可視光線を反射もしくは吸収する機能を有する。セパレータ60をシンチレータ素子59相互の間に挟み込むことで、シンチレータ素子59の表面に対して斜め方向から入射した場合に、同一のX線が複数のシンチレータ素子59に入射することによって生じるクロストークを防止する。このことはX線から変換された可視光線についても同様である。すなわち、セパレータ60を配置することで、あるシンチレータ素子59内部で発生した可視光線が、隣接した他のシンチレータ素子59に入射することで生じる光クロストークを防止することができる。
The
フォトダイオード素子55は、対応するシンチレータ素子59の内部でX線から変換された可視光線を受光して、受光した可視光線を電気信号に変換して外部に出力するためのものである。フォトダイオード素子55はPIN型フォトダイオードからなり、底部にn型層を有し、フォトダイオードアレイ53の表面部分ではp型層を形成している。さらに、上面の周端部にp型層に接触したアノード電極56を有し、底部にn型層に接触したカソード電極を有する。
The
次に、実施の形態7にかかる放射線検出装置の構造のうち、フォトダイオード素子55と回路基板64との電気的接続の態様について、図17を参照して説明する。図17は、実施の形態7にかかる放射線検出装置の断面構造の一部を表す。なお、図17では、理解を容易にするために、2次元シンチレータアレイ54および回路基板64を省略して表示している。
Next, an aspect of electrical connection between the
図16および図17に示すように、フォトダイオード素子55は基板51に設けられた溝部52に埋め込まれている。ここで、図17から明らかなように、溝部52はフォトダイオード素子55の厚みと同等の深さを有する。そのため、フォトダイオード素子55が埋め込まれた状態では、フォトダイオード素子55の上面に配置されたアノード電極56と、基板51の上面に配置されたパッド57とが同一の平面を形成している。また、フォトダイオード素子55の上面に配置されたアノード電極56と、基板51の上面に配置されたパッド57との間はワイヤボンディング61によって接続されている。さらに、図17における破線領域には、スルーホール58が設けられており、スルーホール58とパッド57とは電気的に接続している。
As shown in FIGS. 16 and 17, the
また、スルーホール58は、基板51の裏面まで貫通し、基板51の裏面に配置されたパッド63に電気的に接続している。したがって、アノード電極56から出力される電気信号はワイヤボンディング61、パッド57、スルーホール58を経て、基板51の裏面に配置されたパッド63にまで伝えられる。基板51の裏面は、図16でも示したように、回路基板64が配置されている。パッド63は、回路基板64上に設けられた電気回路と電気的に接続している。パッド63の下には、あらかじめ半田ボール62が配置されており、パッド63と、回路基板64上に設けられた電気回路とは、半田ボール62によって電気的に接続されている。具体的には、回路基板64上に基板51を仮固定した状態で熱を印加して半田ボール62を溶融し、パッド63と電気回路との間の導通を確保している。上記のような構造を有することで、実施の形態7にかかる放射線検出装置は、フォトダイオード素子55からの電気信号を、回路基板64上に設けられたパッド63から外部に出力することができる。
The through
次に、フォトダイオード素子55の裏面に設けられているカソード電極と回路基板64との導通の態様について説明する。図18は、実施の形態7にかかる放射線検出装置を構成する基板51の端部についての上面図である。なお、図18は、フォトダイオードアレイ53を埋め込む前の状態を示している。
Next, a manner of conduction between the cathode electrode provided on the back surface of the
基板51に設けられた溝部52の底面には、カソードパッド65が配置されている。カソードパッド65は、フォトダイオードアレイ53上に配置されたそれぞれのフォトダイオード素子55の底面に設けられたカソード電極のすべてと電気的に接触するように、溝部52の底面全般に渡って配置されている。したがって、個々のフォトダイオード素子55は、カソード電極に関しては互いにショートした関係となっているが、アノード電極がフォトダイオード素子55ごとに分かれているため、電気信号を出力する際に互いの電気信号が合成されてしまうことはない。
A cathode pad 65 is disposed on the bottom surface of the
また、カソードパッド65の一部領域において、カソードスルーホール66が配置されている。カソードスルーホール66は、溝部52の底面と、基板51の裏面とを電気的に接続するためのものである。図17に示したアノード電極と回路基板64上の電気回路との接続と同様に、カソードスルーホール66は、基板51の裏面に設けられたパッド63に電気的に接続されている。また、裏面に設けられたパッド63と、回路基板64上の電気回路との間は半田ボール62を介して接続されている。以上により、実施の形態7にかかる放射線検出装置は、フォトダイオード素子55から出力される電気信号を外部に出力する構造を有する。
A cathode through
次に、実施の形態7にかかる放射線検出装置の動作について説明する。図19は、実施の形態7にかかる放射線検出装置にX線が入射する様子を示す模式図である。 Next, the operation of the radiation detection apparatus according to the seventh exemplary embodiment will be described. FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a state in which X-rays enter the radiation detection apparatus according to the seventh embodiment.
シンチレータ素子59の上面から入射したX線は、シンチレータ素子59内部において、可視光線に変換される。ここで、可視光線への変換効率はX線のエネルギーに比例する。ここで、シンチレータ素子59の上面に対して垂直以外の角度で入射したX線については、シンチレータ素子59の側面に到達する前に可視光線にすべて変換されるか、X線のまま側面まで到達したとしても、セパレータ60によって大部分が吸収もしくは反射されるため、隣接した他のシンチレータ素子に入射することはほとんどない。このことは、X線から変換された可視光線についても同様で、可視光線が他のシンチレータ素子に入射することはない。
X-rays incident from the upper surface of the
そして、X線から変換された可視光線は、フォトダイオード素子55に入射する。フォトダイオード素子55は、受光した可視光線を電気信号に変換する。具体的には、入射光によってフォトダイオード素子55内部において電子・正孔のペアが発生することに基づいて電気信号が発生する。ここで、電気信号の強度は受光する可視光線が有するエネルギー値に比例する。可視光線のエネルギー値は、上述したようにシンチレータ素子59に入射するX線光線の強度に比例することから、フォトダイオード素子55から出力される電気信号の強度は、シンチレータ素子59に入射するX線光線の強度に比例することは明らかである。フォトダイオード素子55から出力される電気信号は、スルーホール58およびカソードスルーホール66を介して基板51の裏面に伝えられ、回路基板64を介して外部に出力される。なお、図19では電気信号の例として電流Iが出力される態様を示しているが、これに限定されるものではなく、電圧の変化等の形で電気信号を出力しても良い。
Then, the visible light converted from the X-rays enters the
以上述べたように、個々のシンチレータ素子59に入射したX線についてその強度に応じた電気信号を出力する構造を有することで、実施の形態7にかかる放射線検出装置は、入射位置に関するX線の強度分布を求めることができる。
As described above, by having a structure that outputs an electrical signal corresponding to the intensity of the X-rays incident on each
本実施の形態7にかかる放射線検出装置は、フォトダイオード素子55が列状に配列したフォトダイオードアレイ53を複数配列する構造を有する。したがって、製品としての歩留まりが向上するという利点を有する。すなわち、図16で示したような2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、12個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することで残りの11個のフォトダイオード素子についても放射線検出装置に使用することはできない。
The radiation detection apparatus according to the seventh embodiment has a structure in which a plurality of
一方、本実施の形態7にかかる放射線検出装置では、仮に1個のフォトダイオード素子55に欠陥があっても、欠陥を有するフォトダイオード素子55を有するフォトダイオードアレイ53を別のものと交換するのみで済み、残りの9個のフォトダイオード素子を有効活用することができる。特に、近年のX線CTスキャン装置に用いる放射線検出装置は、多チャンネルおよび多スライス化が進んでいるため、配置するフォトダイオード素子の数が増大する傾向にある。したがって、1次元のフォトダイオードアレイ53を複数配列する本実施の形態7にかかる放射線検出装置は、さらに高い歩留まりを有することが期待できる。
On the other hand, in the radiation detection apparatus according to the seventh embodiment, even if one
また、1次元の配列を有するフォトダイオードアレイ53を溝部52に埋め込む構造を採用している。このことにより、以下の利点を有する。まず、溝部52の幅と、フォトダイオードアレイ53の幅が一致しているため、位置あわせを容易におこなうことができる。したがって、フォトダイオードアレイ53を基板51上に配置する際にはスライス方向に関してのみ位置決めをおこなえばよい。さらに、スライス方向の位置決めのために突起部もしくは溝部を新たに設けた場合には、位置調整等の工程を一切経ることなく容易にフォトダイオードアレイ53を配置することができる。このため、本実施の形態7にかかる放射線検出装置では、製造が容易で、かつ、迅速に製造をおこなうことができる。
Further, a structure in which the
さらに、本実施の形態7においては、フォトダイオードアレイ53の厚みと、溝部52の深さはほぼ同一の値をとる。このことにより、ワイヤボンディング61に必要な領域を小さくできるという利点を有する。
Further, in the seventh embodiment, the thickness of the
フォトダイオードアレイ53上に配列する個々のフォトダイオード素子55から電気信号を外部に出力するためには、フォトダイオード素子55のアノード電極56およびカソード電極を基板上に設けられた電極と電気的に接続させることが必要である。ここで、フォトダイオードアレイを平板上に配置した場合には、アノード電極と、基板上に配置されたパッドとの段差が避けられないという問題があった。段差を有する場合には、ワイヤボンディングに必要な水平距離を大きく取る必要があった。しかし、本実施の形態7においては、アノード電極56とパッド57との間に段差は全く生じないか、生じたとしてもごくわずかであるため、従来のように水平距離を大きく取る必要がない。
In order to output an electric signal from the
さらに、本実施の形態7においては、フォトダイオード素子55の上面に配置したアノード電極56を、スルーホール58を利用することで立体的に引き出す構造を有する。このことにより、隣接するフォトダイオードアレイ53間に位置する基板51の土手部分の幅を狭くすることができる。従来は、基板の上面に必要な配線を施していたため、特に多チャンネルおよび多スライス化するにしたがって、配線の幅を狭くするか、フォトダイオードアレイ53相互の間の幅を大きくする必要があった。
Furthermore, the seventh embodiment has a structure in which the anode electrode 56 disposed on the upper surface of the
一方、本実施の形態7においては、アノード電極56を立体的に引き出す構造としており、基板51の上面に配線を設ける必要がない。したがって、多チャンネルおよび多スライス化によってフォトダイオード素子55の数が増大する構造となっても、フォトダイオードアレイ53の間隔を広く取る必要はなく、間隔を一定に保つことができる。具体的には、フォトダイオードアレイ53の間に位置する基板51の土手部分の幅は、ワイヤボンディングに必要な幅およびスルーホールに必要な幅さえ確保できればいくらでも狭くすることが可能である。したがって、放射線検出装置においてX線入射方向に対して垂直な面でのフォトダイオード素子55が占める面積を広く取ることができ、高感度の放射線検出装置を実現することができる。
On the other hand, in the seventh embodiment, the anode electrode 56 is three-dimensionally drawn out, and there is no need to provide wiring on the upper surface of the substrate 51. Therefore, even if the number of
また、本実施の形態7においては、基板51でアノード電極56を垂直方向に引き出して回路基板64に接続した場合、回路基板64上の電気回路によって電気信号を外部に出力する構造を有する。この場合、回路基板64上であって、フォトダイオードアレイ53の下部に位置する領域についても回路を構成することが可能であるため、基板51の上面に電気回路を配置した場合と比較して、回路に使用する面積を大きくすることができるという利点も有する。したがって、微細配線を施す必要もなくなり、高抵抗化または断線の危険も回避することができる。
In the seventh embodiment, when the anode electrode 56 is pulled out in the vertical direction on the substrate 51 and connected to the circuit board 64, an electric signal is output to the outside by an electric circuit on the circuit board 64. In this case, since it is possible to configure a circuit on the circuit board 64 and also in a region located below the
さらに、本実施の形態7において、基板51上に溝部52を設けることは容易である。たとえば、半導体チップの分離に使用するダイシングソーを用いて基板51の表面を削ることで、溝部52を形成することができる。したがって、本実施の形態7では、放射線検出装置を容易に製造することができるという利点も有する。また、単純な構造でフォトダイオードアレイ53の位置決めをおこなうことができるため、この点でも放射線検出装置を容易に製造することができる。
Further, in the seventh embodiment, it is easy to provide the
また、本実施の形態7において、基板51の裏面に設けられたパッド63と回路基板64とは、半田ボール62を使って電気的に接続されている。このため、基板51と回路基板64との間を容易に固定することができ、放射線検出装置を容易に製造することができる。
In the seventh embodiment, the
なお、実施の形態7では、3スライスを有し、1スライスあたり4個のチャンネルを有する構造としているが、所定のスライスの同一チャンネルについて、スライス方向に複数のフォトダイオード素子を用いる構造としても良い。 Note that in Embodiment 7, a structure having three slices and four channels per slice is used, but a structure in which a plurality of photodiode elements are used in the slice direction for the same channel of a predetermined slice may be used. .
また、実施の形態7では、フォトダイオードアレイ53の長手方向をスライス方向、短手方向をチャンネル方向としているが、それぞれの方向を逆にして配置しても良い。すなわち、フォトダイオードアレイ53の長手方向がチャンネル方向と平行になるように配置しても本実施の形態7にかかる放射線検出装置を構成することが可能である。
In the seventh embodiment, the longitudinal direction of the
また、図16および図17において、アノード電極56とパッド57との間を接続するワイヤボンディング61は、アーチ状となっているが、直線状に接続する構造としても良い。上述の通り、基板51の上面とフォトダイオード素子55の上面との間に段差がないため、直線状にワイヤボンディングしても断線等のおそれがないためである。
In FIG. 16 and FIG. 17, the wire bonding 61 connecting the anode electrode 56 and the pad 57 has an arch shape, but may be configured to be connected in a straight line. As described above, since there is no step between the upper surface of the substrate 51 and the upper surface of the
さらに、スルーホール58およびカソードスルーホール66について、水平断面形状は円形でなくてもよい。たとえば、断面形状をフォトダイオードアレイ53の長手方向に長軸を有する楕円とした場合には外周の長さを大きく取ることができるため、円形とした場合と比較してスルーホールを通過する際の電気抵抗を抑制することができる。
Further, the horizontal cross-sectional shape of the through
また、本実施の形態7においてはPIN型フォトダイオードを上面にp型層が来るように配置して、アノード電極56が上面に露出する構造としているが、n型層が上面となり、カソード電極が上面に露出する構造としても良い。このような構造としても、放射線検出装置は同様の利点を得ることができる。 In the seventh embodiment, the PIN photodiode is arranged so that the p-type layer comes to the upper surface and the anode electrode 56 is exposed on the upper surface. However, the n-type layer is the upper surface, and the cathode electrode is It is good also as a structure exposed to an upper surface. Even with such a structure, the radiation detection apparatus can obtain the same advantages.
また、フォトダイオードアレイ53に含まれるフォトダイオード素子55について、本実施の形態7ではPIN型フォトダイオードを用いているが、これに限定する必要はなく、PN接合からなるフォトダイオードやショットキーフォトダイオード、ヘテロ接合フォトダイオードおよびアバランシ・フォトダイオードを使用しても良い。また、光電変換がおこなえるものであれば、フォトダイオード以外の回路素子を利用しても良い。たとえば、照射される光の強度に応じて電気的抵抗が変化する光抵抗をフォトダイオードの代わりに使用しても良い。
In addition, as the
さらに、本実施の形態7においては、基板51の下に回路基板64を配置する構造としているが、回路基板64を省略することも可能である。たとえば、基板51の裏面に回路パターンをあらかじめ形成しておき、外部に出力するためのパッドを基板51の側面上に配置する構造としても良い。この場合、回路基板64および半田ボール62を省略することが可能である。 Further, in the seventh embodiment, the circuit board 64 is arranged under the board 51, but the circuit board 64 can be omitted. For example, a circuit pattern may be formed in advance on the back surface of the substrate 51, and pads for output to the outside may be arranged on the side surface of the substrate 51. In this case, the circuit board 64 and the solder balls 62 can be omitted.
(実施の形態8)
次に、実施の形態8にかかる放射線検出装置について説明する。図20は、実施の形態8にかかる放射線検出装置の構造を示す概略断面図である。ここで、図20では理解を容易にするため、基板79に配置される2次元シンチレータアレイおよび基板79下部に配置される回路基板については省略している。
(Embodiment 8)
Next, a radiation detection apparatus according to Embodiment 8 will be described. FIG. 20 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of the radiation detection apparatus according to the eighth embodiment. Here, in FIG. 20, for easy understanding, the two-dimensional scintillator array disposed on the substrate 79 and the circuit substrate disposed below the substrate 79 are omitted.
実施の形態8にかかる放射線検出装置は、基板79上面に設けられた溝部80が、実施の形態7よりも深く形成されている。その他の点については、特に断らない限り、実施の形態7と同様の構造を有し、同等の効果を発揮するものとする。 In the radiation detection apparatus according to the eighth exemplary embodiment, the groove 80 provided on the upper surface of the substrate 79 is formed deeper than the seventh exemplary embodiment. Regarding other points, unless otherwise specified, it has the same structure as that of the seventh embodiment and exhibits the same effect.
実施の形態8においては、溝部80の深さを、溝部80に埋め込むフォトダイオードアレイ69の厚みよりも大きくしている。このことにより、以下の利点が生じる。 In the eighth embodiment, the depth of the groove 80 is set larger than the thickness of the photodiode array 69 embedded in the groove 80. This produces the following advantages.
一般に、溝部80に埋め込まれるフォトダイオードアレイ69は同一条件で製造されたものを用いるため、厚みが相違することはないと想定されている。しかし、現実には個々のフォトダイオードアレイ69によって厚みが相違する場合がある。特に、半導体基板上にエピタキシャル成長をおこなうことでフォトダイオード素子を形成する場合には、完全にエピタキシャル成長をおこなうことは困難であり、厚みの違いが生じる場合がある。 In general, since the photodiode array 69 embedded in the groove 80 is manufactured under the same conditions, it is assumed that the thickness does not differ. However, in reality, the thickness may differ depending on the individual photodiode array 69. In particular, when a photodiode element is formed by performing epitaxial growth on a semiconductor substrate, it is difficult to perform complete epitaxial growth and a difference in thickness may occur.
このようにフォトダイオードアレイ69の厚みが互いに相違する場合、基板79および埋め込まれたフォトダイオードアレイ69によって形成される上面は平滑な平面を形成することはできない。そのような上面に2次元シンチレータアレイを配置した場合、2次元シンチレータアレイの安定性が損なわれるおそれがある。基板79と2次元シンチレータアレイとの間に生じる空隙を透明接着剤層で補填する構造も可能であるが、その場合、透明接着剤層で補填された空隙部分において生じる光リークによる光クロストークが問題となる。 Thus, when the thicknesses of the photodiode arrays 69 are different from each other, the upper surface formed by the substrate 79 and the embedded photodiode array 69 cannot form a smooth plane. When a two-dimensional scintillator array is arranged on such an upper surface, the stability of the two-dimensional scintillator array may be impaired. A structure in which a gap generated between the substrate 79 and the two-dimensional scintillator array is filled with a transparent adhesive layer is also possible. In that case, however, optical crosstalk due to light leakage occurring in the gap portion filled with the transparent adhesive layer occurs. It becomes a problem.
したがって、本実施の形態8においては、溝部80の深さを、フォトダイオードアレイ69の厚みよりも大きくしている。そして、基板79の上面と2次元シンチレータアレイとが透明接着剤を介して密着した状態で固定される。ここで、フォトダイオードアレイ69の上面は、2次元シンチレータアレイとは接触していない。基板79の上面は、溝部80を除いて同一平面上を形成するため、上述したような平滑な平面を形成できないという問題を防止することができる。また、基板79の上面と2次元シンチレータアレイとの間に空隙は生じないため、光クロストークの問題も防止することができる。 Therefore, in the eighth embodiment, the depth of the groove 80 is made larger than the thickness of the photodiode array 69. Then, the upper surface of the substrate 79 and the two-dimensional scintillator array are fixed in close contact with each other via a transparent adhesive. Here, the upper surface of the photodiode array 69 is not in contact with the two-dimensional scintillator array. Since the upper surface of the substrate 79 is formed on the same plane except for the groove 80, the problem that a smooth plane as described above cannot be formed can be prevented. In addition, since no gap is generated between the upper surface of the substrate 79 and the two-dimensional scintillator array, the problem of optical crosstalk can be prevented.
ここで、溝部80の深さとフォトダイオードアレイ69の厚みとの差は、1μm以上、100μm以下とすることが望ましい。1μm以上としたのは、あまり差が少ないと個々のフォトダイオードアレイ69の厚みの相違を吸収できないおそれがあるためである。また、100μm以下としたのは、100μmよりも大きくした場合に、フォトダイオードアレイ69が有するフォトダイオード素子のアノード電極56と、基板79の上面に配置されたパッド68との段差が無視できなくなり、ワイヤボンディングをおこなうためにフォトダイオードアレイ69相互間の間隔を広くとる必要が生じるためである。 Here, the difference between the depth of the groove 80 and the thickness of the photodiode array 69 is preferably 1 μm or more and 100 μm or less. The reason why the thickness is 1 μm or more is that if the difference is too small, the difference in thickness of the individual photodiode arrays 69 may not be absorbed. Also, the reason why the thickness is set to 100 μm or less is that the step between the anode electrode 56 of the photodiode element of the photodiode array 69 and the pad 68 disposed on the upper surface of the substrate 79 cannot be ignored when the thickness is larger than 100 μm. This is because it is necessary to increase the distance between the photodiode arrays 69 in order to perform wire bonding.
(実施の形態9)
次に、実施の形態9について説明する。図21は、実施の形態9にかかる放射線検出装置を構成する基板70および基板70に埋め込んだフォトダイオードアレイ73の態様を示す概略斜視図である。実施の形態9にかかる放射線検出装置は、フォトダイオードアレイ73を埋め込むために設けられた第1の溝部71の上部に第2の溝部72を有する。第2の溝部72は、図21に示すように、上部においてチャンネル方向に広い開口部を形成し受光下流方向に下るに従い幅が狭くなる構造を有する。一方、第1の溝部71は、フォトダイオードアレイ73を埋め込むために形成されるため、長手方向の断面は矩形形状からなる。なお、特に言及しない点については、実施の形態7にかかる放射線検出装置と同様とし、同等の機能を有するものとする。たとえば、実施の形態9において、基板70の下には、回路基板が配置され回路基板と基板裏面に設けられたパッド63とは、半田ボール62を介して電気的に接続され、外部に出力される構造を有している。
(Embodiment 9)
Next, Embodiment 9 will be described. FIG. 21 is a schematic perspective view showing a configuration of a substrate 70 constituting the radiation detection apparatus according to the ninth embodiment and a photodiode array 73 embedded in the substrate 70. The radiation detection apparatus according to the ninth exemplary embodiment includes a
図22は、実施の形態9にかかる放射線検出装置の構造を示す概略断面図である。フォトダイオードアレイ73は、基板70内に形成した溝部71に埋め込まれ、フォトダイオードアレイ73上に配置されている個々のフォトダイオード素子ごとにアノード電極74が、第2の溝部を構成する斜面上に設けられたパッド75とワイヤボンディングを介して電気的に接続されている。また、第2の溝部72から基板70を鉛直方向に貫くスルーホール76が配置され、スルーホール76は、パッド75と電気的に接続されている。さらに、基板70の裏面にはパッド63が設けられ、スルーホール76と電気的に接続している。したがって、フォトダイオードアレイ73に配置されている個々のフォトダイオード素子から出力される電気信号は、パッド75、スルーホール76、パッド63を通って基板70の裏面に出力される。
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of the radiation detection apparatus according to the ninth embodiment. The photodiode array 73 is embedded in a groove portion 71 formed in the substrate 70, and an anode electrode 74 is provided on the inclined surface constituting the second groove portion for each photodiode element arranged on the photodiode array 73. It is electrically connected to the provided pad 75 via wire bonding. Further, a through hole 76 that penetrates the substrate 70 from the
第2の溝部72は、シンチレータ素子59においてX線から変換された可視光線をフォトダイオードアレイ73に集める導波路としての機能を有する。すなわち、第2の溝部72の存在により、シンチレータ素子59でX線から変換された可視光線は、適宜第2の溝部72を形成する斜面上を反射し、フォトダイオードアレイ73に含まれるフォトダイオード素子に到達し、個々のフォトダイオード素子によって受光される。ここで、第2の溝部72において可視光線の反射率を高めるため、また、可視光線を効率良くフォトダイオード素子に入射させるために、第2の溝部72に屈折率の異なる複数の膜からなる多層構造を積層しても良い。
The
第2の溝部72を有することによる利点について説明する。実施の形態9にかかる放射線検出装置は、第2の溝部72によって可視光線を集光する構造を有する。したがって、シンチレータ素子59上面のX線受線面積と比較して、フォトダイオード素子の受光部分の面積を狭くできる。このため、放射線検出装置を構成するためのフォトダイオード素子を小型化することができ、製造コストを低減することができる。1個あたりのフォトダイオード素子が小さくなることで、1枚のウェハーから製造することのできるフォトダイオード素子の数を増加させることができるためである。
The advantage by having the
(変形例)
次に、実施の形態9の変形例にかかる放射線検出装置について説明する。図23は、変形例にかかる放射線検出装置を構成する基板77および基板77に配置されるフォトダイオード78を示す概略上面図である。ここで、基板77の上部には2次元シンチレータアレイが配置され、基板77の下部には回路基板が配置されているのは実施の形態9と同様である。変形例においては、基板にフォトダイオードアレイを配置するのではなく、個々に分離したフォトダイオード78を配置するものとする。ここで、フォトダイオード78は、実施の形態9と同様に、基板77に設けられた第1の溝部に埋め込まれている。また、フォトダイオード78が埋め込まれた第1の溝部の上部には、導波路としての機能を有する第2の溝部が形成されている。
(Modification)
Next, a radiation detection apparatus according to a modification of the ninth embodiment will be described. FIG. 23 is a schematic top view showing a substrate 77 constituting a radiation detection apparatus according to a modification and a photodiode 78 arranged on the substrate 77. Here, the two-dimensional scintillator array is arranged above the substrate 77, and the circuit board is arranged below the substrate 77, as in the ninth embodiment. In the modified example, it is assumed that the photodiode arrays 78 are not disposed on the substrate but are separated from each other. Here, the photodiode 78 is embedded in the first groove provided in the substrate 77 as in the ninth embodiment. A second groove having a function as a waveguide is formed above the first groove in which the photodiode 78 is embedded.
変形例において、第2の溝部は、スライス方向のみならず、チャンネル方向についても斜面を有し、入射してくる可視光線をフォトダイオード78に集束させる導波路としての機能を有する。このため、さらに可視光線を効率的にフォトダイオード78に集めることができ、フォトダイオード78をさらに小型化することができる。 In the modification, the second groove portion has a slope not only in the slice direction but also in the channel direction, and functions as a waveguide that focuses incident visible light on the photodiode 78. For this reason, visible light can be more efficiently collected in the photodiode 78, and the photodiode 78 can be further reduced in size.
以上、実施の形態1〜9にわた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に相当することが可能である。たとえば、実施の形態1〜3および実施の形態7〜9において、シンチレータ素子もしくはシンチレータ素子アレイを除外した構成として、光検出器を得ることが可能である。本発明によれば、フォトダイオード素子の占有面積を増大させることができるため、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。
As mentioned above, although this invention was demonstrated over Embodiment 1-9, this invention is not limited to these Embodiment, Those skilled in the art is equivalent to various modifications using these Embodiment. Is possible. For example, in
また、実施の形態1〜9において、フォトダイオード素子上面に設けられたパッドと、基板との間をワイヤボンディングによって電気的に接続しているが、これに限定する必要はない。たとえば、フリップチップ方式によって接続しても良いし、TAB(Tape Automated Bonding)方式によって接続しても良い。実施の形態1〜9においてはフォトダイオード素子上面に設けられたパッドと基板上に設けられたパッドは、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できる。 In the first to ninth embodiments, the pad provided on the upper surface of the photodiode element and the substrate are electrically connected by wire bonding. However, the present invention is not limited to this. For example, the connection may be made by a flip chip method, or the connection may be made by a TAB (Tape Automated Bonding) method. In the first to ninth embodiments, the pad provided on the upper surface of the photodiode element and the pad provided on the substrate form the same plane, and thus can be easily electrically connected by this method. .
また、実施の形態7〜9において、フォトダイオード素子は可視光線を電気信号に変換するものとしているが、その他の波長の光をフォトダイオード素子に照射する構造としても良い。具体的には、ショットキーフォトダイオードを使用すれば可視光領域よりも短い波長領域の光に対して光電変換をおこなうことが可能であり、InSbによってフォトダイオードを形成した場合には、窒素温度まで下げることによって赤外線領域まで感度を有する光電素子を得ることが可能である。X線をこのような波長の光に変換するシンチレータ素子と組み合わせることで、上記の放射線検出器用部品、放射線検出器、放射線検出装置を構成することができる。 In Embodiments 7 to 9, the photodiode element converts visible light into an electrical signal. However, the photodiode element may be configured to irradiate the photodiode element with light of other wavelengths. Specifically, if a Schottky photodiode is used, it is possible to perform photoelectric conversion on light in a wavelength region shorter than the visible light region. When a photodiode is formed by InSb, up to the nitrogen temperature. By lowering, it is possible to obtain a photoelectric element having sensitivity to the infrared region. By combining with a scintillator element that converts X-rays into light having such a wavelength, the above-described radiation detector component, radiation detector, and radiation detection apparatus can be configured.
さらに、実施の形態7〜9では、1個の溝部に対して1個のフォトダイオードアレイが埋め込まれる構成としているが、スライス方向に並ぶ複数のフォトダイオードアレイを埋め込む構造としても良い。また、1個の溝部に対して1個のフォトダイオードアレイではなく、個々のフォトダイオード素子を複数埋め込む構造としても良い。その場合には、個々のフォトダイオード素子の位置決め用の突起もしくは溝を溝部中に設けることが望ましい。 Furthermore, in the seventh to ninth embodiments, one photodiode array is embedded in one groove portion, but a structure in which a plurality of photodiode arrays arranged in the slice direction may be embedded is also possible. Further, a structure may be adopted in which a plurality of individual photodiode elements are embedded in one groove portion instead of one photodiode array. In that case, it is desirable to provide protrusions or grooves for positioning individual photodiode elements in the grooves.
1 MID基板
2、22、33、39、53、69、73 フォトダイオードアレイ
3 パッド形成用突起
4 第1パッド
5 第2パッド
6、30、42、61、67 ワイヤボンディング
7 配線パターン
8 ピン状の第1端子
9 ピン状の第2端子
10、25 配線
11、21、34、40 シンチレータアレイ
12、23 シンチレータ素子
13、24 セパレータ
14 コリメータ
26、36 端子
27 放射線検出器用部品
28、31、37、41、51、70、77、79 基板
29、35、38 配線
32 導電性ピン
43 25チャンネルコネクター
44 アノードピン
45 カソードピン
46 エポキシ樹脂
47 保護カバー板
52、80 溝部
54 2次元シンチレータアレイ
55 フォトダイオード素子
56 アノード電極
57、63、68、75 パッド
58、76 スルーホール
59 シンチレータ素子
60 セパレータ
62 半田ボール
64 回路基板
65 カソードパッド
66 カソードスルーホール
71 第1の溝部
72 第2の溝部
74 アノード電極
78 フォトダイオード素子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光電変換器は、 The photoelectric converter is
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、 A substrate comprising an output terminal corresponding to the input terminal and an input pad electrically connected to the output terminal on the surface;
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、 An output electrode that is disposed so as to form substantially the same plane as the input pad, and is electrically connected to the input pad, and a photoelectric device that is electrically connected to the output electrode and outputs an electrical signal corresponding to the received light intensity. A two-dimensional photoelectric conversion unit in which a plurality of one-dimensional photoelectric conversion element arrays in which conversion elements are arranged one-dimensionally are arranged in a direction perpendicular to the element arrangement direction;
を備えたことを特徴とする光検出器。 A photodetector comprising:
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、 A convex portion disposed on a partial region of the upper surface and having the input pad on the upper end surface; and the one-dimensional photoelectric conversion element array receiving region disposed on another region of the upper surface;
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、 An MID board having an output terminal electrically connected to the input pad;
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。 The photodetector according to claim 1, further comprising: a plurality of light emitting diodes arranged in a direction perpendicular to an element arrangement direction of the one-dimensional photoelectric conversion element array.
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、 A light converter having a plurality of light conversion elements arranged corresponding to a two-dimensional photoelectric conversion unit of the light detector and converting received radiation into light having a wavelength detectable by the light detector;
前記光変換素子間に配置された遮蔽層と、 A shielding layer disposed between the light conversion elements;
を備えたことを特徴とする放射線検出装置。 A radiation detection apparatus comprising:
前記放射線検出器は、 The radiation detector is
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、 A one-dimensional light conversion element array in which light conversion elements that convert received radiation into light of a predetermined wavelength are arranged one-dimensionally;
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、 A one-dimensional photoelectric conversion element array that is arranged on one side surface in the array alignment direction with respect to the one-dimensional light conversion element array, and in which photoelectric conversion elements are arranged in a one-dimensional manner corresponding to the light conversion elements;
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。 A radiation detection apparatus characterized in that a plurality of arrays are arranged in a direction perpendicular to the array alignment direction.
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