JP2011209210A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度で並べることができ、組立の容易な放射線検出器を提供する。
【解決手段】放射線検出器１０は、半導体素子１１と、半導体素子１１を固定・保持するリジッドフレキシブル基板１５からなる。リジッドフレキシブル基板１５の一端には第１のリジッド基板１２がフレキシブル基板１３−１，１３−２と分離して形成されており、第１のリジッド基板１２の一方の面と他方の面の両方に半導体素子１１がそれぞれ固定されてある。半導体素子１１の他方の面は、フレキシブル基板１３−１，１３−２と接続される。リジッドフレキシブル基板１５の他端には複数のエッジコネクタ端子が形成されており、エッジコネクタ部を構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、γ線、Ｘ線等の放射線を検出する半導体素子を用いる放射線検出器に関する。

従来の放射線検出器として、複数のコモン電極板と、複数の半導体セルと、複数の電極板とを、コモン電極板、半導体セル、電極板、半導体セル、コモン電極板・・・のように積層させた積層体を２つのフレームの間に設け、一方のフレームと他方のフレームとをピンで固定することにより構成される放射線検出器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の放射線検出器は、横方向に隣接する一対の半導体セルがコモン電極板を共有するので、放射線を検出できない領域を減少させることができ、放射線の検出効率を向上させることができる。

米国特許第６２３６０５１号明細書

しかし、特許文献１に係る放射線検出器は、コモン電極板、半導体セル等の複数の構成部材を積層させて放射線検出装置が構成されることから、構成部材を積み重ねるごとに各構成部材が有する寸法誤差が加算されるので、半導体セル間の間隔を予め定められた間隔に厳密に制御しつつ、複数の半導体セルを高密度で並べることが困難である。

したがって、本発明の目的は、高密度で並べることができ、組み立ての容易な放射線検出器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、放射線を検出するための半導体素子と、第１のリジッド基板と、前記第１のリジッド基板を間に挟んで配置された２つのフレキシブル基板と、前記２つのフレキシブル基板を間に挟んで配置された２つの第２のリジッド基板とが一体化されたリジッドフレキシブル基板と、を備え、前記リジッドフレキシブル基板の一端は、前記第１のリジッド基板と前記２つのフレキシブル基板とからなり、前記第１のリジッド基板と前記フレキシブル基板が分離され、前記第１のリジッド基板の一端側の両表面に前記半導体素子の一方の面が固定されるとともに、前記フレキシブル基板の一端側に前記半導体素子の他方の面が固定された放射線検出器である。

前記第１のリジッド基板は、前記半導体素子の幅の１／６以下の厚さを備えてもよい。

前記第１のリジッド基板は、前記半導体素子の放射線に対する入射面側に装着されるコリメータの複数の開口を隔てる壁部の厚さ以下の厚さを備え、前記第２のリジッド基板は、前記第１のリジッド基板が撓まないようにその形状を保てる程度の強度を与えることができる厚さを備えることもできる。

前記リジッドフレキシブル基板の他端にエッジコネクタ部を形成してもよい。

本発明に係る放射線検出器によれば、高密度で並べることができ、組立の容易な放射線検出器を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る放射線検出器の図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る放射線検出器の図である。

本実施の形態に係る放射線検出器１０は、γ線、Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出器である。図１において放射線１００は、紙面の上方から下方に沿って伝搬してくる。すなわち、放射線１００は、放射線検出器１０の半導体素子１１からエッジコネクタ端子１６に向かう方向に沿って伝搬して放射線検出器１０に到達し、半導体素子１１の側面（つまり、図１の上方に面している面）に入射する。このように半導体素子１１の側面が放射線１００の入射面となっており、放射線検出器１０は半導体素子の側面を放射線１００の入射面とするエッジオン型の放射線検出器である。

また、放射線検出器１０を図１に示すｘ方向及び／またはｙ方向に複数並べて、放射線検出装置を構成することができる。放射線検出器１０を用いた放射線検出装置は、例えば、ＰＥＴやＳＰＥＣＴ等の核医学イメージングの装置に適用できる。

更に、本実施の形態に係る放射線検出器１０は、コリメータを装着することもできる。複数の開口を有するコリメータを半導体素子１１の放射線１００が入射する側面側に装着することにより、特定の方向（例えば、被検体から放射線検出器１０に向かう方向）にそって伝搬してくる放射線１００のみを通過させることができる。コリメータは、多孔平行コリメータ、ピンホールコリメータ等を用いることができる。

図１に示す通り、放射線検出器１０は、半導体素子１１と、半導体素子１１を固定・保持するリジッドフレキシブル基板１５からなる。具体的に、リジッドフレキシブル基板１５の一端（図１の上方）では、第１のリジッド基板１２がフレキシブル基板１３−１，１３−２と分離して形成されている。第１のリジッド基板の一端では、第１のリジッド基板１２の一方の面と他方の面の両方に半導体素子１１がそれぞれ４個固定されてある。また、リジッドフレキシブル基板１５の他端（図１の下方）には複数のエッジコネクタ端子１６が形成されており、エッジコネクタ部１７を構成している。

リジッドフレキシブル基板１５は、リジッド基板とフレキシブル基板を一体としたものである。具体的に、本実施の形態に係るリジッドフレキシブル基板１５は、第１のリジッド基板１２と、第１のリジッド基板１２を間に挟んで配置される２つのフレキシブル基板１３−１，１３−２と、２つのフレキシブル基板１３−１，１３−２を間に挟んで配置される２つの第２のリジッド基板１４−１，１４−２とを備える。

リジッドフレキシブル基板１５は、一端側（図１の上方）において、第１のリジッド基板１２とフレキシブル基板１３−１，１３−２とから構成され、第１のリジッド基板１２とフレキシブル基板１３−１，１３−２は互いに分離された構成となっている。また、リジッドフレキシブル基板１５は、他端側（図１の下方）において、第１のリジッド基板１２、フレキシブル基板１３−１，１３−２、第２のリジッド基板１４−１，１４−２とから構成され、それらが一体となっている。

第１のリジッド基板１２は、その一端（図１の上方）の両面に半導体素子１１が固定される。寸法としては、半導体素子１１の幅Ｗ（ｘ方向）は１．２ｍｍ、第１のリジッド基板１２の幅Ｌ（ｙ方向）は１０ｍｍとなっている。具体的に、第１のリジッド基板１２の一端の両面には、電極パターンが形成されている。第１のリジッド基板１２の電極パターンと半導体素子１１の一方の面の電極パターンとが導電性接着剤、例えば、Ａｇペースト等により電気的に接続されて、半導体素子１１は第１のリジッド基板１２に固定される。第１のリジッド基板は一端から他端（図１の下方）に配線された配線パターンを備える。配線パターンの一端は、第１のリジッド基板１２の電極パターンを介して、半導体素子１１の一方の面の電極パターンと電気的に接続される。配線パターンの他端は、リジッドフレキシブル基板の他端の表面に形成されたエッジコネクタ端子１６と電気的に接続される。エッジコネクタ端子１６との電気的な接続は、第２のリジッド基板１４−１，１４−２に形成されたビアホール（図示せず）を介して行われる。

第１のリジッド基板１２は、コリメータの複数の開口を隔てる壁部と同程度又は壁部の厚さ以下の厚さとなるような薄肉基板を用いる。例として、コリメータの壁部の厚さが０．２ｍｍの場合、第１のリジッド基板１２の厚さを０．２ｍｍ以下とする。以上より、第１のリジッド基板１２の厚さは半導体素子１１の厚さの１／６以下となる。第１のリジッド基板１２はこのように薄肉基板を用いるため、半導体素子１１が実装された第１のリジッド基板１２単体では、自分自身が撓まないようにその形状を保つことは困難である。そこで、下記するように、第２のリジッド基板１４−１，１４−２に補強されて、第１のリジッド基板１２の形状が保たれる構造となっている。

フレキシブル基板１３−１，１３−２は、その一端（図１の上方）に向けて途中から第１のリジッド基板１２から分離されている。第１のリジッド基板１２から分離されたフレキシブル基板１３−１，１３−２の一端は半導体素子１１の他方の面に接着固定される。また、フレキシブル基板１３−１，１３−２は、他端（図１の下方）側で第１のリジッド基板１２及び第２のリジッド基板１４−１，１４−２と接着剤により接着されて一体化されている。

フレキシブル基板１３−１，１３−２は一端から他端に配線される配線パターンを備え、配線パターンの一端は半導体素子１１の他方の面の電極パターンと、導電性接着剤、例えば、Ａｇペースト等により電気的に接続される。また、配線パターンの他端は、リジッドフレキシブル基板１５の他端の表面に形成されたエッジコネクタ端子１６と電気的に接続される。エッジコネクタ端子１６との電気的な接続は、第２のリジッド基板１４−１，１４−２に形成されたビアホール（図示せず）を介して行われる。

第２のリジッド基板１４−１，１４−２は、第１のリジッド基板１２とフレキシブル基板１３−１，１３−２を間に挟んで配置され、接着剤により接着されて一体化されている。第２のリジッド基板１４−１，１４−２は、半導体素子１１が固定されている第１のリジッド基板１２に、第１のリジッド基板が撓まないようにその形状を保てる程度の強度を与えることができる厚さ（一例として、１〜２ｍｍ）を備える。

第２のリジッド基板１４−１，１４−２のそれぞれの他端（図１の下方）の表面には、複数のエッジコネクタ端子１６が形成されている。これら複数のエッジコネクタ端子１６が形成されたリジッドフレキシブル基板１５の端部により、エッジコネクタ部１７が構成されている。エッジコネクタ部１７は、他の回路基板のエッジコネクタソケットに着脱可能に接続される。このように、放射線検出器１０は、他の回路基板と着脱可能なモジュール構成となっている。

なお、第２のリジッド基板１４−１，１４−２の表面に、抵抗、コンデンサ、Ａｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（ＡＳＩＣ）、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）等の電子部品を搭載することもできる。この場合、第１のリジッド基板１２の配線パターンの一端は、ビアホールを介して、第２のリジッド基板１４−１，１４−２の表面の電子部品と電気的に接続し、当該電子部品の出力側を第２のリジッド基板１４−１，１４−２の配線パターンによりエッジコネクタ端子１６と電気的に接続するようにする。フレキシブル基板１３−１，１３−２についても同様である。

第１のリジッド基板及び第２のリジッド基板は、例えば、ＦＲ４等のガラスエポキシ基板からなる。

半導体素子１１は、略直方体状に形成され、第１のリジッド基板１２の電極パターンと接続する側の一方の面と、この一方の面の反対面である他方の面とのそれぞれに電極パターンが設けられる（図示しない）。この他方の面の電極パターンは、フレキシブル基板１３−１，１３−２の電極パターンと電気的に接続される。放射線１００は半導体素子１１の端部から入射して、エッジコネクタ端子１６側に向かって半導体素子１１中を伝搬する。半導体素子１１は放射線１００が入射されると、放射線１００の強度に応じた電気パルスを発生する。この電気パルスは第１のリジッド基板１２又はフレキシブル基板１３−１，１３−２の配線パターンを通して第２のリジッド基板１４−１、１４−２に形成されたエッジコネクタ端子１６を介して外部に伝送される。本実施の形態において、放射線を検出する半導体素子として、ＣｄＴｅ素子１１を用いる。なお、γ線等の放射線を検出できる限り、半導体素子はＣｄＴｅ素子１１に限られない。例えば、半導体素子として、ＣｄＺｎＴｅ（ＣＺＴ）素子、ＨｇＩ２素子等の化合物半導体素子を用いることもできる。

本発明の実施の形態に係る放射線検出器１０は、第１のリジッド基板１２、第１のリジッド基板１２を間に挟んで配置された２つのフレキシブル基板１３−1，１３−２、フレキシブル基板１３−１，１３−２を間に挟んで配置された２つの第２のリジッド基板１４−１，１４−２を一体化したリジッドフレキシブル基板１５を用い、半導体素子１１を固定する側において、第２のリジッド基板１４−１，１４−２をなくすとともに第１のリジッド基板１２とフレキシブル基板１３−１，１３−２を分離し、第１のリジッド基板１２に半導体素子１１の一方の面を接着固定するともに、フレキシブル基板１３−１，１３−２を半導体素子１１の他方の面に接着固定している。第１のリジッド基板１２の配線パターン、フレキシブル基板１３−１，１３−２の配線パターン及び第２のリジッド基板１４−１，１４−２の配線パターンは、リジッドフレキシブル基板１５に一体化したときに互いの接続などの配線が行われている。よって、第１のリジッド基板１２に半導体素子１１の一方の面を接着固定するともに、フレキシブル基板１３−１，１３−２を半導体素子１１の他方の面に接着固定することにより、その他の接続作業を行うことなく、放射線検出器１０を組立が完了する。したがって、放射線検出器１０の組立が容易となる。

また、本発明の実施の形態に係る放射線検出器１０は、コリメータの開口を隔てる壁部の厚さ以下の厚さを有する第１のリジッド基板１２に半導体素子１１を固定したので、放射線が入射しない部分を第１のリジッド基板１２の部分だけにすることができると共に、薄い第１のリジッド基板１２を用いたことにより複数の放射線検出器１０を極めて狭い間隔で並べることができ、複数の放射線検出器１０を放射線検出器立てに高密度に高い精度で実装できる。

また、本実施の形態に係る放射線検出器１０は、第１のリジッド基板１２単体では複数の半導体素子１０を機械的に保持することが困難であるものの、第２のリジッド基板１４−１，１４−２により第１のリジッド基板１２を支持しているので、取り扱いに十分な強度を有した放射線検出器１０を提供できる。これにより、複数の放射線検出器１０を放射線検出器立てに挿入する場合の組み立て性が向上する。

また、本実施の形態に係る放射線検出器１０は、第２のリジッド基板１４−１，１４−２によって第１のリジッド基板１２を支持するので、第１のリジッド基板１２が撓むことを抑制できる。これにより、第１のリジッド基板１２の撓みにより半導体素子１１のピクセルの位置がコリメータの開口の位置からずれることを抑制でき、複数の放射線検出器１０を密に並べた場合に、一の放射線検出器１０に対する他の放射線検出器１０の位置の厳密な制御に資することができる。

更に、本実施の形態に係る放射線検出器１０は、半導体素子１１が固定されたリジッドフレキシブル基板１５に予め形成されたエッジコネクタ端子１６を備えるので、放射線検出器立てのエッジコネクタソケットに放射線検出器１０を差し込むだけで放射線検出器立てに実装することができる。これにより、複雑な形状のコネクタを準備することを要せず、簡潔な実装を実現できる。

１０ 放射線検出器
１１ 半導体素子
１２ 第１のリジッド基板
１３−１，１３−２ フレキシブル基板
１４−１，１４−２ 第２のリジッド基板
１５ リジッドフレキシブル基板
１６ エッジコネクタ端子
１７ エッジコネクタ部

Claims (4)

1. 放射線を検出するための半導体素子と、
   第１のリジッド基板と、前記第１のリジッド基板を間に挟んで配置された２つのフレキシブル基板と、前記２つのフレキシブル基板を間に挟んで配置された２つの第２のリジッド基板とが一体化されたリジッドフレキシブル基板と、
   を備え、
   前記リジッドフレキシブル基板の一端は、前記第１のリジッド基板と前記２つのフレキシブル基板とからなり、前記第１のリジッド基板と前記フレキシブル基板が分離され、
   前記第１のリジッド基板の一端側の両表面に前記半導体素子の一方の面が固定されるとともに、前記フレキシブル基板の一端側に前記半導体素子の他方の面が固定された放射線検出器。
2. 前記第１のリジッド基板は、前記半導体素子の幅の１／６以下の厚さを備える請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記第１のリジッド基板は、前記半導体素子の放射線に対する入射面側に装着されるコリメータの複数の開口を隔てる壁部の厚さ以下の厚さを備え、
   前記第２のリジッド基板は、前記第１のリジッド基板が撓まないようにその形状を保てる程度の強度を与えることができる厚さを備える、
   請求項１記載の放射線検出器。
4. 前記リジッドフレキシブル基板の他端にエッジコネクタ部が形成されている請求項２又は３記載の放射線検出器。

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