JP4234305B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線画像の撮像に用いられる放射線検出器に関し、特に、口腔内に挿入して用いられる歯科用等の小型の放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用のＸ線診断装置としてＸ線感光フィルムに代えてＣＣＤを用いたＸ線イメージセンサが普及してきている。このような放射線イメージングシステムにおいては、複数の画素を有する放射線検出素子を用いて放射線による２次元画像データを電気信号として取得し、この信号を処理装置により処理して、モニタ上に表示している。代表的な放射線検出素子は、１次元あるいは２次元に配列された光検出器上にシンチレータを配して、入射する放射線をシンチレータで光に変換して、検出する仕組みになっている。
【０００３】
国際公開WO98/36291号公報には、シンチレータ材料としてCsIを用い、シンチレータの吸湿防止のために、パリレン等からなる保護膜を形成した放射線検出器が開示されている。この放射線検出器ではボンディングパッドは保護膜から露出した構造をしており、このボンディングバッドと外部配線とを接続して画像信号の読み出しを行う構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、歯科用等で口腔内に挿入して用いる放射線検出器においては検出器全体を小型化する一方で、撮像面積はできるだけ大きくとる必要がある。このような小型放射線検出器においてこのような構成を採用した場合、受光部を大きくすると、ボンディングパッドとの間隔が狭くなり、保護膜の形成や外部配線との接続が困難になり、製造時の作業性が劣化する。
【０００５】
そこで本発明は、小型化と撮像面積の大面積化を両立させ、製作が容易で耐久性を確保できる放射線検出器を提供することを課題とする。
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る放射線検出器は、(1)複数の光電変換素子を配置した受光部と、受光部の受光面と同じ面の縁に沿って配置され、これらの光電変換素子に電気的に接続されている電極パッドとを備える固体撮像素子と、(2)一方の表面側に配置される外部接続用の電極部と、他方の表面側に配置され、この電極部と電気的に接続されている電極パッドとを有する基台であって、固体撮像素子を他方の表面側の載置面上に受光面と反対の面を載置するとともに固体撮像素子と基台の各電極パッドを向き合わせて固定している基台と、(3)固体撮像素子の受光部表面上に形成されているシンチレータと、(4)固体撮像素子と基台の対応する電極パッド同士をワイヤボンディングにより電気的に接続する配線と、(5)電極パッド双方と配線を覆う保護樹脂と、(6)少なくともシンチレータと保護樹脂を覆って形成されている電気絶縁性の有機膜と、(7)有機膜上に形成されている金属薄膜と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る放射線検出器は、外部接続用の電極部を備えている基台に予め固体撮像素子を載置、固定し、基台と固体撮像素子のそれぞれの電極パッドを配線によって電気的に接続してからこの配線を保護樹脂によりポッティングした後で、固体撮像子の受光部表面上にシンチレータを形成する。そして、シンチレータと保護樹脂上に有機膜を形成した後で、有機膜上に金属薄膜を形成することで、シンチレータを二重に被覆している。したがって、外部への電気的接続用のライン形成が容易になり、作業性が向上する。このため、小型の放射線検出素子において、受光部をできるだけ大きく形成することが容易になる。また、有機膜がシンチレータを密封するので耐湿性を確保できる。さらに、電極パッドと配線は、保護樹脂によって覆われて保護されているので、製作時、製作後における配線の断線を効果的に防止できる。有機膜上に形成されている金属薄膜は、耐湿性をさらに向上させるものであるが、この金属薄膜と配線、電極パッドとの間には電気絶縁性の有機膜、保護樹脂が介在することで短絡が防止される。
【０００８】
この金属薄膜上に形成されている第２の有機膜をさらに備えていてもよい。金属薄膜を有機膜で覆うことでさらに保護膜の耐久性が向上する。
【０００９】
また、有機膜は基台表面を被覆していてもよい。基台表面まで有機膜で覆うことで耐湿性がよりいっそう確実になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。また、各図面における寸法、形状は実際のものとは必ずしも同一ではなく、理解を容易にするため誇張している部分がある。
【００１１】
図１は、本発明に係る放射線検出器の一実施形態を示す斜視図であり、図２はその拡大図、図３はその断面図である。この実施形態の放射線検出器１００は、セラミック製の基台１上に固体撮像素子２を載置したものである。基台１は、表面に固体撮像素子２を載置して収容する凹部１０を有し、凹部１０に接する表面には、その一辺に沿って複数の電極パッド１１が配列されている。これらの電極パッド１１は、基台１の裏面に配置されている外部接続用の電極端子１２と基台１を貫通している配線１３によって電気的に接続されている。
【００１２】
固体撮像素子２は、ＣＣＤイメージセンサーからなり、光電変換素子２１の配列された部分が受光部を形成している。各光電変換素子２１は図示していない信号ラインによって固体撮像素子２の一辺に配置された電極パッド２２のうち対応する電極パッド２２と電気的に接続されている。固体撮像素子２は基台１上にそれぞれの対応する電極パッド１１、２２が近接するように載置されており、対応する電極パッド１１、２２同士は配線４によって電気的に接続されている。
【００１３】
固体撮像素子２の受光部上には、入射した放射線を光電変換素子２１が感度を有する波長帯の光に変換する柱状構造のシンチレータ３が形成されている。シンチレータ３には、各種の材料を用いることができるが、発光効率が良いTlドープのCsI等が好ましい。
【００１４】
これらの電極パッド１１、２２と配線４を覆って包み込むようにして保護樹脂層６が形成されている。この保護樹脂層６としては、後述する保護膜５との接着性が良好な樹脂、例えばアクリル系接着剤である協立化学産業株式会社製WORLD ROCK No.801-SET2(70,000cPタイプ)を用いることが好ましい。
【００１５】
さらに、固体撮像素子２と基台１の表面を覆う保護膜５が形成されている。この保護膜５は、Ｘ線透過性で、水蒸気を遮断するものであり、基台１側から電気絶縁性の第１の有機膜５１、金属薄膜５２、電気絶縁性の第２の有機膜５３が積層されて構成されている。
【００１６】
第１の有機膜５１と第２の有機膜５３には、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）、特にポリパラクロロキシリレン（同社製、商品名パリレンＣ）を用いることが好ましい。パリレンによるコーティング膜は、水蒸気及びガスの透過が極めて少なく、撥水性、耐薬品性も高いほか、薄膜でも優れた電気絶縁性を有し、放射線、可視光線に対して透明であるなど有機膜５１、５３にふさわしい優れた特徴を有している。また、金属薄膜５２としては、金、銀、アルミなどの金属薄膜が使用できる。この金属薄膜５２はシンチレータ３で発せられた光のうち、固体撮像素子２側でなく、放射線入射面側に向かう光を反射することで検出器の検出感度を増大させるミラーの役目を果たす。
【００１７】
次に、図４〜図１４を用いて本発明に係る放射線検出器の製造工程を具体的に説明する。最初に図４に示されるような基台１を用意する。この基台１は、裏面に外部接続用の電極端子１２を表面に電極パッド１１が配列されており、電極パッド１１が配列された１辺に隣接する対向する２辺には表面側に突出するガイド部１４が形成され、このガイド部１４に挟まれた部分に凹部１０が形成されている。
【００１８】
この凹部１０に固体撮像素子２をその電極パッド２２が基台１の電極パッド１１側を向くようにして光電変換素子２１の受光面を表にして載置して図５に示されるように固定する。このときに、ガイド部１４を利用して固体撮像素子２の位置決めを行うことで作業が容易となる。そして、電極パッド１１と電極パッド２２とをワイヤボンディングにより配線４で電気的に接続する（図６、図７参照）。そして、図８、図９に示されるようにこれらの電極パッド１１、２２と配線４を包み込むように樹脂を塗布して硬化させることで保護樹脂層６を形成して配線４をポッティングする。これにより配線４は、樹脂内に封入されて保護されるので、配線４の接着強度、機械的強度が増し、以後の製造工程および使用時における配線４の断線、短絡といった破損を効果的に防止できる。
【００１９】
次に、図１０、図１１に示されるように固体撮像素子２の受光部上にTlをドープしたCsIを真空蒸着法によって厚さ約200μｍの柱状結晶として成長させることによりシンチレータ３層を形成する。このとき、電極パッド１１、２２と配線４は保護樹脂層６内に封入されているので、シンチレータ３が電極パッド１１、２２や配線４上に付着することもない。CsIは、吸湿性が高く、露出したままにしておくと空気中の水蒸気を吸湿して溶解してしまう。その保護のため、図１２に示されるように、CVD（化学的蒸着）法によりシンチレータ３が形成された固体撮像素子２付の基台１全体を厚さ10μｍのパリレンで包み込み、第１の有機膜５１を形成する。
【００２０】
具体的には、金属の真空蒸着と同様に真空中で蒸着によるコーティングを行うもので、原料となるジパラキシリレンモノマーを熱分解して、生成物をトルエン、ベンゼンなどの有機溶媒中で急冷しダイマーと呼ばれるジパラキシリレンを得る工程と、このダイマーを熱分解して、安定したラジカルパラキシリレンガスを生成させる工程と、発生したガスを素材上に吸着、重合させて分子量約５０万のポリパラキシリレン膜を重合形成させる工程からなる。
【００２１】
CsIの柱状結晶の間には隙間があるが、パリレンはこの狭い隙間にある程度入り込むので、第１の有機膜５１は、シンチレータ３層に密着し、シンチレータ３を密封する。また、この第１の有機膜５１は、保護樹脂層６上にも形成され、配線部を被覆する。このパリレンコーティングにより、凹凸のあるシンチレータ３層表面に均一な厚さの精密薄膜コーティングを形成することができる。また、パリレンのCVD形成は、金属蒸着時よりも真空度が低く、常温で行うことができるため、加工が容易である。
【００２２】
続いて、図１３に示されるように、第１の有機膜５１の入射面側の表面に0.15μｍ厚さのAl膜を蒸着法により積層することで金属薄膜５２を形成する。この金属薄膜５２を形成する際には、シンチレータ３層の前に適切なマスク（図示せず）を配置して、シンチレータ３層の直上部分の第１の有機膜５１上にのみ金属薄膜５２を形成することが望ましい。しかしながら、マスクを配置しても蒸着時には金属蒸気が僅かながらマスクの外側へと回り込んでしまうことがある。このため、特に、受光部と電極パッドとの間隔が狭い場合、金属薄膜５２をシンチレータ３層の直上部分だけに形成するのは困難であり、配線４や電極パッド１１、２２上にまで金属が蒸着されてしまうことがある。本発明によれば、配線４と電極パッド１１、２２が保護樹脂層６と第１の有機膜５１で被覆されているので、金属薄膜５２が配線４と電極パッド１１、２２上に直接形成されることがなく、金属薄膜５２による配線４、電極パッド１１、２２の短絡を効果的に防止できる。
【００２３】
また、金属薄膜５２の蒸着時、マスクを配置しない場合も、配線４や電極パッド１１、２２部分にまで金属薄膜５２が形成されることになるが、配線４と電極パッド１１、２２は保護樹脂層６と第１の有機膜５１で被覆されているので、短絡は防止されている。また、金属薄膜５２を保護樹脂層６を覆うように幅広く形成することで、耐湿性をより向上させることができる。なお、保護樹脂層６に硬化時あるいはその製造上の問題によって隙間が生じた場合でも第１の有機膜５１がその隙間に入り込んで被覆しているため、金属薄膜５２が保護樹脂層６の下あるいは内部の配線４や電極パッド１１、２２上に直接形成されることはなく、短絡防止の効果をより高めている。
【００２４】
そして、再度CVD法により、パリレンを基板全体の表面に10μｍ厚さで被覆して第２の有機膜５３を形成する（図１２参照）。この第２の有機膜５３は、金属薄膜５２のハンドリング等による汚れやはく離、酸化による劣化を防止するためのものである。こうして第１の有機膜５１、金属薄膜５２、第２の有機膜５３を積層させてなる保護膜５が形成される。
【００２５】
金属薄膜５２を保護樹脂層６、第１の有機膜５１を介して配線４や電極パッド１１、２２上にも形成した場合、第１の有機膜５１、金属薄膜５２、第２の有機膜５３で保護樹脂層６を三重に被覆していることになる。また、上述したようにマスクを用いて金属薄膜５２を形成した場合は、保護樹脂層５上には、第１の有機膜５１と第２の有機膜５３の二重被覆が形成されることになる。
【００２６】
この後で形成した保護膜５のうち基台１の裏面の保護膜５を除去して基台１裏面に設けられている外部接続用の電極端子１２を露出させることで図１〜図３に示される放射線検出器が得られる。
【００２７】
続いて、本実施形態の動作を図１〜図３により、説明する。入射面側から入射したＸ線（放射線）は、保護膜５、すなわち、第２の有機膜５３、金属薄膜５２、第１の有機膜５１の全てを透過してシンチレータ３に達する。このＸ線は、シンチレータ３で吸収され、Ｘ線の光量に比例した光が放射される。放射された光のうち、Ｘ線の入射方向に逆行した光は、第１の有機膜５１を透過して、金属薄膜５２で反射される。このため、シンチレータ３で発生した光はほとんど全てが光電変換素子２へと入射する。このため、効率の良い高感度の測定が可能となる。
【００２８】
各々の光電変換素子２では、光電変換により、この可視光の光量に対応する電気信号が生成されて一定時間蓄積される。この可視光の光量は入射するＸ線の光量に対応しているから、つまり、各々の光電変換素子２に蓄積されている電気信号は、入射するＸ線の光量に対応することになり、Ｘ線画像に対応する画像信号が得られる。光電変換素子２に蓄積されたこの画像信号を図示していない信号ラインから電極パッド２２、配線４、電極パッド１１、配線１３を介して最終的には電極端子１２から順次出力することにより、外部へと転送し、これを所定の処理回路で処理することにより、Ｘ線像を表示することができる。
【００２９】
以上の説明では、保護膜５としてパリレン製の有機膜５１、５３の間に金属薄膜５２を挟み込んだ構造のものについて説明したが、第１の有機膜５１と第２の有機膜５３の材料は異なるものでも良く、金属薄膜５２として金等の腐食に強い材料を使用しているような場合は、第２の有機膜５３自体を設けなくてもよい。
【００３０】
また、ここでは、第１の有機膜５１が基台１の側面部までを覆っている形態について説明してきたが、第１の有機膜５１は少なくともシンチレータ３全体と電極パッド１１、２２と配線４を覆っていれば良く、基台１のその他の部分まで覆っている必要はない。ただし、基台１表面まで覆っている場合には、第１の有機膜５１の縁部分が基台１に密着することで縁部分からの第１の有機膜５１の剥がれを効果的に防止できるため好ましい。
【００３１】
さらに、固体撮像素子２は、アモルファスシリコン製のフォトダイオード（ＰＤ）アレイと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で形成したものでもよいし、ＭＯＳ型のイメージセンサでもよい。
【００３２】
このような構成を採用することにより、放射線検出器の厚みを2.5mm程度と従来良く用いられてきたFOP（ファイバ光学プレート）付の放射線検出器の厚み5.0mmの半分程度に薄くすることが可能となった。また、ボンディングパッドと受光部との間隔を狭くすることで、従来品（特開平10-282243号公報）と同程度の受光部の面積を確保しつつ、受光部周辺の面積を小さくすることで全体の面積を小さくすることができるので、コンパクト化（従来品の約９０％）した放射線検出器が実現できる。これは口腔内に挿入して使用する歯科用の放射線検出器においては大きな利点である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、固体撮像素子とそれを載置する基台双方の電極パッドと、両者を電気的に接続する配線を保護樹脂層内に封入し、固体撮像素子の受光部表面上に形成されているシンチレータとともに、有機膜で被覆してその上に金属薄膜を形成している。そのため、外部回路との電気的接続用のライン形成が容易になり、作業性が向上する。また、小型の放射線検出素子において、受光部をできるだけ大きく形成することが容易になる。さらに、有機膜がシンチレータを密封することでシンチレータの耐湿性を確保できる。有機膜上に形成されている金属薄膜は、シンチレータの耐湿性をさらに向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明に係る放射線検出器の実施形態を示す側面図である。
【図４】図１の装置に用いられる基台の斜視図である。
【図５】図１の装置の製造工程を説明する側面図である。
【図６】図５の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図７】図６の工程を説明する斜視図である。
【図８】図６の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図９】図８の工程を説明する斜視図である。
【図１０】図８の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１１】図１０の工程を説明する斜視図である。
【図１２】図１１の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１３】図１２の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１４】図１３の工程の次の工程を説明する側面図である。
【符号の説明】
１…基台、２…固体撮像素子、３…シンチレータ、４、１３…配線、５…保護膜、６…保護樹脂層、１０…凹部、１１、２２…電極パッド、２０…基板、２１…光電変換素子、５１、５３…有機膜、５２…金属薄膜。

Claims (3)

1. 複数の光電変換素子を配置した受光部と、前記受光部の受光面と同じ面の縁に沿って配置され、光電変換素子に電気的に接続されている電極パッドとを備える固体撮像素子と、
   一方の表面側に配置される外部接続用の電極部と、他方の表面側に配置され、前記電極部と電気的に接続されている電極パッドとを有する基台であって、前記固体撮像素子を前記他方の表面側の載置面上に前記受光面と反対の面を載置するとともに前記固体撮像素子と前記基台の各電極パッドを向き合わせて固定している基台と、
   前記固体撮像素子の受光部表面上に形成されているシンチレータと、
   前記固体撮像素子と前記基台の対応する電極パッド同士をワイヤボンディングにより電気的に接続する配線と、
   前記電極パッド双方と前記配線を覆う保護樹脂と、
   少なくとも前記シンチレータと前記保護樹脂を覆って形成されている電気絶縁性の有機膜と、
   前記有機膜上に形成されている金属薄膜と、
   を備えている放射線検出器。
2. 前記金属薄膜上に形成されている第２の有機膜をさらに備えている請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記有機膜は前記基台表面を被覆している請求項１、２のいずれかに記載の放射線検出器。

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