JP2010535326A - 放射線検出器の製造方法 - Google Patents

Abstract

感光センサアセンブリ（１、４）と、放射線を感光センサアセンブリ（１、４）が敏感な放射線に変換するシンチレータ（６）であって、シンチレータ（６）は接着結合によりセンサアセンブリに固定され、センサアセンブリは基板（４）およびいくつかの取付けセンサ（１）を含み、センサ（１）のそれぞれは２つの面（１１、１２）を有し、その第１の面（１１）は基板（４）に接着され、その第２の面（１２）はシンチレータ（６）に接着される、シンチレータ（６）と、を含む放射線検出器を製造する方法を提供する。本方法は、
・センサ（１）が第２の面（１２）を介し粘着性膜（１３）上に蒸着される操作と、
・センサ（１）が第１の面（１１）を介し基板（４）に接着される操作と、を連結することにある。
【選択図】 図３ｃ

Description

本発明は、放射線変換器に結合された感光センサを含む放射線検出器を製造する方法に関する。このタイプの検出器の応用分野は特に、放射線医学、放射線写真法、蛍光透視、およびマンモグラフィにおいて、そしてまた非破壊検査に使用されるＸ線の検出である。本発明はＸ線検出器に関連して説明される。当然ながら本発明は、感光センサが検出対象の放射線に直接的に敏感ではなく、したがって検出器の入力窓と感光センサ間に放射線変換器を挿入する必要がある任意のタイプの検出器と共に実施されてよい。

このような放射線検出器は例えばＦＲ２６０５１６６号明細書により知られており、この特許では非晶質シリコンフォトダイオードで形成されたセンサが放射線変換器に結合される。

次にこのような放射線検出器の動作と構造について簡単に概説する。

感光センサは一般的には、マトリクス状に配置された固体感光素子で製造される。感光素子は、半導体材料（ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサの場合は通常は単結晶シリコン）、多結晶シリコン、または非晶質シリコンで製造される。感光素子は少なくとも１つのフォトダイオード、少なくとも１つのフォトトランジスタ、または少なくとも１つのフォトレジスタを含む。これらの素子は、一般的にはガラス板である基板上に蒸着される。

一般的に、これらの素子はＸ線またはγ線などの非常に短い波長の放射線に直接的に敏感ではない。このため、感光センサは発光物質（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｎｇ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）の層を含む放射線変換器に結合される。この物質は、このような放射線により励起されると、センサが敏感である長い波長の放射線（例えば可視光または近可視光）を放射する特性を有する。放射線変換器により放射された光はセンサの感光素子を照射し、この感光素子は光電変換を行い適切な回路により活用することができる電気信号を供給する。放射線変換器は本明細書の残りではシンチレータと呼ばれる。

アルカリ金属ハロゲン化物族または希土類金属オキシ硫化物族のいくつかの発光物質はその良好な性能のためしばしば用いられる。

アルカリ金属ハロゲン化物の中でも、ナトリウムまたはタリウムでドープされたヨウ化セシウムは、約４００ｎｍであるいは約５５０ｎｍでの放射が望まれるかどうかに依存するが、その強いＸ線吸収のためにおよびその優れた蛍光収率のために知られている。これは支持体上に成長される細い針の形式を取る。これらの針は支持体にほぼ垂直であり、センサに向かって放射された光を部分的に制限する。それらの微細性は検出器の分解能を決定する。ランタンオキシ硫化物とガドリニウムオキシ硫化物も、同じ理由で広く使用されている。

しかしながらこれらの発光物質のいくつかはあまり安定でないという欠点を有する。すなわちこれらは湿気に晒されると部分的に分解し、それらの分解はセンサに向かうあるいはそれから離れるように移動する非常に侵食性の化学種を放出する。特に、ヨウ化セシウムとランタンオキシ硫化物はこの欠点を有する。

ヨウ化セシウムに関し、この分解は水酸化セシウムＣｓ^＋ＯＨ⁻と遊離ヨウ素Ｉ_２を生じさせ、これらはヨウ化物イオンと結合して錯体Ｉ_３ ⁻を生じさせ得る。

ランタンオキシ硫化物に関し、その分解は化学的に非常に活動的な硫化水素Ｈ_２Ｓを生じさせる。

湿気は除去するのが非常に困難である。外気は密閉操作が行なわれるものの常に湿気を含む。

これらの検出器を製造する際の重要な態様の１つは、検出器内に当初存在しシンチレータと接触する湿気の量を最小限に抑えて、その操作中に湿気がセンサ内に拡散するのを防ぐこととである。

「追加シンチレータ（ａｄｄｅｄ−ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）」構成と呼ぶ第１の構成では、発光物質は、検出対象の放射線がセンサに達する前に通過しなければならない支持体上に蒸着される。このアセンブリは次にセンサに接着される。

「直接蒸着（ｄｉｒｅｃｔ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」構成と呼ぶ第２の構成では、センサは発光物質の支持体として機能し、したがって支持体はセンサと直接かつ密接に接触する。発光物質はこのとき保護皮膜で覆われる。２つの構成はそれぞれに利点と欠点を有する。

第１の（取付けシンチレータ（ａｔｔａｃｈｅｄ−ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ））構成の１つの利点は、センサとシンチレータは正常に試験された場合のみ接合され、これにより全体の製造歩留まりを改善することである。この構成の他の利点は仏国特許出願ＦＲ２８３１６７１号明細書を読むと明らかになる。

本発明の目的は、いくつかの小さな感光センサの取付けを必要とする第１の構成で製造される大きな放射線検出器の製造を改善することである。

図１ａ〜１ｄは、取付けアセンブリを製造するための操作方法を説明する。

小さなセンサ１はアライメントされ個々に配置される。密閉部材２がセンサ１間に配置され、次に液状接着剤３がセンサ１全体にわたって広げられる。密閉部材２は接着剤３がセンサ１間に流れるのを防ぐ。次に、様々なセンサ１に共通な基板４が接着剤３によりセンサ１に接着される。密閉部材２の材料は、接着剤３がセンサ１間に流れるのを防ぐように高い粘度を有さなければならない。しかしながらこの密閉部材２の粘度は、密閉部材２がセンサ１間において充填しなければならない空間の一部と完全に一致するように、十分に低くなければならない。

接着剤３の材料に関し、接着剤３は、全表面に接着されるために、センサ１の全表面にわたって移動するのに十分低い粘度を有しなければならない。しかしながら、余りに流動的な接着剤３はセンサ１の周辺を越えて広がる傾向を有するであろう。

この操作方法では、密閉部材２として、接着剤３としての両方として働く単一の接着剤を開発することは不可能である。このような単一の接着剤は、センサ１の表面全体にわたって移動して完全な接着を実現するために十分な流動性と、それがセンサ１間を流れるのを防ぐために十分な粘着性との両者を兼ね備えるという矛盾を妥協させなければならないであろう。

放射線検出器の実施形態では、以下の操作は、シンチレータ６をこの取付けアセンブリに接着するように意図された液状接着剤５の層を、このように製造された取付けアセンブリ上に蒸着することにある。接着剤５は、Ｘ線照射されたシンチレータ６により放射された光を吸収しないように光学的に透明でなければならない材料である。接着剤５の材料は、それ自身がセンサ１間に侵入するとともに、前の操作中に蒸着された接着剤２により空けられたセンサ１間の残りの空間を完全に充填するのに十分な低い粘度を有さなければならない。接着剤５の材料はまた、センサ１の周囲を越えて過度に流れないように十分な高い粘度を有さなければならない。

接着剤５は良好な画質を可能にするために十分に薄くなければならない。これは、シンチレータ６により発生された光がセンサ１により吸収される前にこの接着層を貫通しなければならないためである。この光は接着剤５が薄ければ薄いほど散乱しなくなる。

例えば、シリコーン、エポキシおよびアクリル接着剤、あるいは任意の他の接着剤ファミリーの液状接着剤５が使用されてきた。これらの液状接着剤は接着対象の２つの表面の１つあるいはそれら両面にあらかじめ蒸着されなければならない。この接着剤分注は、厚さという意味で極めて一様でなければならず、そしてこの厚さは画質と、特には画像上のすべての点において一様な分解能とを達成するように完全に制御されなければならない。

図２ａ〜２ｄは、検出器を製造する際に直面される４つのタイプの欠陥を説明する。これらの製造欠陥は、Ｘ線により照射された際に検出器により生成される画像内の欠陥となる。

図２ａにおいて、第１の欠陥は接着剤２の過度に低い粘度の特徴であり、接着剤２はセンサ１間の利用可能な空間内で完全に干渉し、シンチレータ６が接着剤５により接着される際にシンチレータ６と直接接触する。この第１の製造欠陥は検出器により得られる画像の欠陥となる。センサ１に到達する光の量がセンサ１間の接合において過度に大きくなり、これらの場所の検出器の感度は過度に高くなる。

図２ｂにおいて、第２の欠陥は接着剤２の過度に高い粘度か接着剤５の過度に高い粘度のいずれかの特徴である。これらの２つの接着剤は互いに接触することができず、したがって空気で満たされた空洞がセンサ１間に存在する。これは、シンチレータ６から来る光がこれら２つの接着剤を貫通する際に界面において光路の光学的連続性の断絶をもたらす。その結果、光の喪失、すなわちこれらの空気で満たされた空洞の場所において過度に暗い画像が生じる。

このタイプの欠陥は進行して、捕えられた空気の容積が広がり接合界面において層間剥離を生じる図２ｃに示す第３の欠陥を生成することがある。

図２ｄに示される第４の欠陥は、センサ１が水平面において正しくアライメントされていない（したがって高さの不一致が存在する）場合に観測されることがある。１つのセンサ１からその隣へ移る際の機械的段差は接着剤５の連続性の断絶を生じ得る。このタイプの欠陥は、機械的段差の断絶に追随するのに十分な低い粘度を有する接着剤５により解決することができるかもしれない。しかしながら、接着剤５の過度に低い粘度は段差断絶における光学的接触の寿命不良をもたらすことがある。

したがって上述の４つの製造欠陥は常に、接着剤５の連続性の断絶と材料の欠損、あるいはシンチレータ６を光学的に結合する際の不良となる気孔の存在をもたらす。これらの不良の場所では、画像は過度に明るく（第１の欠陥）、あるいは過度に暗く（第２の欠陥、第３の欠陥と第４の欠陥）なることがある。

これらの欠陥の解決は、矛盾する特性を必要とする接着剤２、３、５の粘度を有さなければならないことと直面する。矛盾する機能を満たすための十分に低い粘度または十分に高い粘度を有することが接着剤２、３、５には実際上必要とされる。

本発明の目的は、センサ間に特定の密閉部材が無い、いくつかの取付けセンサを含む放射線検出器を製造する方法を提供することにより上記問題のすべてまたはいくつかを緩和することである。

この目的のため、本発明の主題は、感光センサアセンブリと、放射線を感光センサアセンブリが敏感な放射線に変換するシンチレータであって、シンチレータは接着結合によりセンサアセンブリに固定され、センサアセンブリは基板およびいくつかの取付けセンサを含み、センサのそれぞれは２つの対向面を有し、その第１の面は基板に接着され、その第２の面はシンチレータに接着される、シンチレータと、を含む放射線検出器を製造する方法であって、
・センサがその第２の面を介し粘着性膜上に蒸着される操作と、
・センサがその第１の面を介し基板に接着される操作と、が連結されることを特徴とする方法である。

本発明は、添付図面により例示され、一例として与えられる実施形態の詳細な説明を読むことによりさらに良く理解され、他の利点が明らかになる。

放射線検出器を製造するための公知の方法を示す。 放射線検出器を製造するための公知の方法を示す。 放射線検出器を製造するための公知の方法を示す。 放射線検出器を製造するための公知の方法を示す。 図１ａ〜１ｄを使用して説明された方法による様々な欠陥を示す。 図１ａ〜１ｄを使用して説明された方法による様々な欠陥を示す 図１ａ〜１ｄを使用して説明された方法による様々な欠陥を示す 図１ａ〜１ｄを使用して説明された方法による様々な欠陥を示す 本発明の方法を実施する第１の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第１の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第１の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第１の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第２の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第２の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第２の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第３の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第３の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第３の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第４の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第４の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第４の代替的方法を示す。 本発明の方法を実施する第４の代替的方法を示す。

明暸性のために、同一素子には様々な図面において同一参照符号を付す。

図１ａ〜１ｄと図２ａ〜２ｄについては既に上に述べた。

図３ａには、非晶質シリコンウェーハ上で製造されるＴＦＴタイプのフォトダイオードまたはフォトトランジスタのマトリックスを有利に含むいくつかの感光センサ１を含む放射線検出器を製造する際の第１の工程を示す。図３ａは２つのセンサ１だけを示すが、当然ながら、本発明は多数の取付けセンサ１に対し実施されてよい。センサ１は両方とも２つの対向面１１、１２を有する。本発明による方法の第１の工程は、粘着性膜１３上にセンサ１をそれらの面１２を介し蒸着することにある。粘着性膜１３は、センサ１を蒸着し接着する際に基準面として使用される。これにより様々なセンサ１の面１２のアライメントを改善することができる。

本方法の第２の工程は、センサ１をそれらの面１１を介し基板４に接着することにある。この工程を図３ｂ、３ｃを用いて例示する。この第２の工程の第１段階では、液状接着剤１６がセンサ１の面１１上とセンサ１を分離する隙間１５とに蒸着される。低粘度接着剤１６は、残された空間全体（特に隙間１５）を自由に充填するように選択される。第２段階では、センサ１と基板４は液状接着剤１６により接着される。膜１３は液状接着剤１６が隙間１５を介し流れるのを防ぐ。粘着性膜１３の基準面としての使用はまた、センサ１と基板４間の空間を接着剤１６により適切に充填できるようにする。とりわけ粘着性膜１３は、液状接着剤１６が隙間１５内に含まれるようにそして特に液状接着剤１６が面１１上の粘着性膜１３とセンサ１間に滑り込むのを防ぐように隙間１５が適切に密閉されることを保証する。図１ａ〜１ｄにおいて説明したような密閉部材２を使用する必要性はもはや無い。

この空間はセンサ１と基板４間に空間的に連続的かつ均一な光学的接着を得るように適切に充填されなければならない。この充填は基板４を通る空間的に連続的かつ均一な照射（図示せず）を必要とする検出器の正しい動作に必要である。

図３ｄに例示された本方法の第３の工程は、粘着性膜１３によりシンチレータ６をセンサ１の面１２に接着することにある。

本方法の第１の工程では、気泡が粘着性膜１３とセンサ１間に捕われるのを防ぐためにセンサ１はアライメントされて真空下でまたはラミネート法により粘着性膜１３上に蒸着される。粘着性膜１３はその連続的性質およびその一定の厚さにより、アセンブリが取り付けられた後に完全に平坦な表面を実現する。粘着性膜１３はシンチレータ６を光学的に接着するためのこの欠陥無しの平坦な表面を提供する。

第２の工程の前に第１の工程を実行することで、様々なセンサ１の面１２間に良好な平坦性が存在することを保証する。

図４ａ〜４ｃに例示する第２番目の工程の変形は、液状接着剤１６を保持するためのリング２０をセンサ１の周囲に置くことにある。このリング２０のおかげで、センサ１の周囲を越える接着剤１６のいかなる溢れも防ぐ一方で隙間１５が適切に充填されることを保証するように非常に低い粘度の接着剤１６を使用することが可能となる。センサ１の周囲の接着剤１６の保持とは別に、リング２０はまたセンサ１と粘着性膜１３により形成されるアセンブリを強化することができる。

図４ａには、液状接着剤１６が蒸着される第２番目の工程の第１段階を例示する。図４ｂには、センサ１と基板４が接着される第２段階を例示する。図４ｃには、シンチレータ６が粘着性膜１３によりセンサ１の面１２に接着される本方法の第３番目の工程を例示する。

図５ａ〜５ｃには、液状接着剤１６の代わりに、センサ１を基板４に接着するための第２の粘着性膜２５を用いた本発明の方法の変形を例示する。図５ａでは、粘着性膜２５は基板４上に蒸着される。図５ｂでは、センサ１と膜１３により形成されたアセンブリは基板４に接着される。図５ｃでは、シンチレータ６は粘着性膜１３によりセンサ１の面１２に接着される。

この実施形態では、シンチレータ６と様々なセンサ１間の良好な光学的連続性を保証するために、非常に低い粘度を有する液状接着剤により隙間１５を充填することが可能である。

図６ａ〜６ｄには、粘着性膜１３によるセンサ１の第２の面１２へのシンチレータ６の接着が基板４への接着の前に行なわれる本発明の方法の別の変形を例示する。

図６ａでは、粘着性膜１３はシンチレータ６上に蒸着される。図６ｂでは、センサ１は膜１３によりシンチレータ６へ接着される。図６ｃでは、センサ１とシンチレータ６により形成されたアセンブリは粘着性膜２５により基板４に接着される。図６ｄでは、隙間１５は非常に低い粘度を有する液状接着剤により充填される。

当然ながら、図３と図４において説明したように、膜２５を使用することによるセンサ１の接着の代わりに接着剤１６を使用することによる接着を用いることは可能である。

粘着性膜１３、２５は２つの剥離保護膜間で利用可能な未加工の透明接着剤であってよい。粘着性膜１３、２５はその両面上で接着層により覆われた透明膜であってよく、それ自体も保護膜により保護される。粘着性膜１３、２５はまた、以下に説明されるようにその粘着性が熱処理により発現させられるホットメルト膜であってよい。

有利には、粘着性膜１３、２５は室温では接着性を有しない。これにより、粘着性膜１３、２５との実際の接着が行われる前にセンサ１に対しシンチレータ６と基板４とを位置決めするのが容易になる。室温粘着力の欠如は、ガドリニウムオキシ硫化物を含むシンチレータの場合に別の利点がある。これは、ヨウ化セシウムに基づくシンチレータの針構造はセンサ１とシンチレータ６が合体される際にその間に捕えられた空気を除去できるようにするからである。しかしながら、ガドリニウムオキシ硫化物に基づくシンチレータは、針構造の場合のように、センサ１とシンチレータ６間に捕えられた空気が除去されるのを防ぐ滑らかな表面をシンチレータに与えるプラスチックタイプのバインダを使用する。したがって、上記粘着力の欠如は、粘着性膜１３を使用した実際の接着が行なわれる前にシンチレータ６がセンサ１に対して位置決めされるときに、センサ１とシンチレータ６間に捕えられた空気が除去されることを可能にする。

有利には、粘着性膜１３はホットメルト膜である。換言すれば、粘着性膜１３による接着は、センサ１、粘着性膜１３、シンチレータ５により形成されるアセンブリの温度をこれらの部材が互いに位置決めされた後に上昇させることにより行なわれる。

有利には、粘着性膜１３は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、またはエチレン／酢酸ビニルを含む。

有利には、粘着性膜１３は２０〜４０μｍの厚さを有する。この厚さは、液体またはゲル形式で入手可能な公知の光学接着剤を使用する手段により実現できる厚さより小さい。この接着剤をできるだけ一様に蒸着するために例えばスクリーン印刷が使用されるが、この実施手段では、シンチレータ光結合機能を実現できるようにする厚さである４０μｍ未満の厚さの一様な接着剤の層を実際上得ることはできない。対照的に、２５μｍに等しい完全に制御された厚さの粘着性膜をラミネート法により得ることは可能である。

Claims (13)

1. 感光センサアセンブリ（１、４）と、
   放射線を前記感光センサアセンブリが敏感な放射線に変換するシンチレータ（６）であって、前記シンチレータ（６）は接着結合により前記センサアセンブリ（１、４）に固定され、前記センサアセンブリは基板（４）およびいくつかの取付けセンサ（１）を含み、前記センサ（１）のそれぞれは２つの対向面（１１、１２）を有し、その第１の面（１１）は前記基板（４）に接着され、その第２の面（１２）は前記シンチレータ（６）に接着される、シンチレータ（６）と、を含む放射線検出器を製造する方法であって、
   ・前記センサ（１）がその第２の面（１２）を介し粘着性膜（１３）上に蒸着される操作と、
   ・前記センサ（１）がその第１の面（１１）を介し前記基板（４）に接着される操作と、が連結されることを特徴とする方法。
2. 前記粘着性膜（１３）は前記粘着性膜（１３）上に前記センサ（１）を蒸着して接着する際に基準面として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記基板（４）に前記センサ（１）を接着する前記操作は、
   ・液状接着剤（１６）が前記センサ（１）の前記第１の面（１１）上と前記センサ（１）を分離する隙間（１５）とに蒸着される操作と、
   ・前記センサ（１）と前記基板（４）が前記液状接着剤（１６）により接着される操作と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記液状接着剤（１６）が蒸着される前に、前記液状接着剤（１６）を保持するためのリング（２０）が前記センサ（１）の周辺に置かれることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記基板（４）に前記センサ（１）を接着する前記操作は、
   ・第２の粘着性膜（２５）が前記センサの前記第１の面（１１）上に蒸着される操作と、
   ・前記センサ（１）と前記基板（４）が前記第２の粘着性膜（２５）により接着される操作と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
6. 前記センサ（１）を分離する前記隙間（１５）は前記液状接着剤により充填されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記シンチレータ（６）は前記粘着性膜（１３）により前記センサ（１）の前記第２の面（１２）に接着され、前記シンチレータ（６）を接着する前記操作は前記基板（４）に前記センサ（１）を接着する前記操作の前に行なわれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記シンチレータ（６）は前記粘着性膜（１３）により前記センサ（１）の前記第２の面（１２）に接着され、前記シンチレータ（６）を接着する前記操作は前記基板（４）に前記センサ（１）を接着する前記操作後に行なわれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記感光センサ（１）は非晶質シリコンウェーハ上に製造されるＴＦＴタイプのフォトダイオードまたはフォトトランジスタのマトリックスを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記センサ（１）はＣＭＯ技術で製造されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記シンチレータ（６）はガドリニウムオキシ硫化物に基づくことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記シンチレータ（６）はヨウ化セシウムに基づくことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記粘着性膜（１３、２５）はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、エチレン／酢酸ビニルを含む群から選択される材料を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。

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