JP5725747B2 - 放射線検出器、及び放射線検出器の製造方法 - Google Patents

放射線検出器、及び放射線検出器の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、放射線検出器、及び放射線検出器の製造方法に関する。特に、本発明は、γ線、X線等の放射線を検出する放射線検出器、及び放射線検出器の製造方法に関する。
従来、熱膨張係数が8.0×10−6[1/℃]以上の基板と、基板上に配置された半導体検出素子とから構成される半導体検出部を備え、半導体検出素子が略平板状の半導体結晶体からなり、半導体結晶体の下面にAuからなる素子電極が設けられ、素子電極と配線基板に設けられたパッド電極とを半導体結晶のヤング率より小さいずれ弾性を有するバンプで固定す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、半導体結晶体との間で熱膨張係数差が大きな配線基板でも半導体結晶体の検出特性の劣化を抑制することができる。
特開2007−214191号公報
しかし、特許文献1に係る放射線検出器は、基板に半導体検出素子を配置し、半導体検出素子を基板に固定する工程において基板の反り等に起因する放射線検出器の製造歩留りについて考慮していない。
したがって、本発明の目的は、製造工程において製品の歩留りを向上させることのできる放射線検出器、及び放射線検出器の製造方法を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、配線パターンと、配線パターンの表面に設けられる接続部材とを有する基板と、基板の一部に貼り付けられる粘着部材と、粘着部材を介して基板上に配置され、放射線を検出可能な半導体素子とを備え、接続部材が、配線パターンと半導体素子とを電気的に接続する放射線検出器が提供される。
また、上記放射線検出器において、粘着部材が、基板の配線パターン上に貼り付けられ、粘着部材により配線パターンと半導体素子とが接着されることもできる。
また、上記放射線検出器において、粘着部材が、基材と、基材の両面に設けられる粘着剤層とを有する両面テープであってもよい。
また、上記放射線検出器において、接続部材の厚さと粘着部材の厚さとが一致することが好ましい。
また、上記放射線検出器において、半導体素子が、平面視にて略四角形状を有し、粘着部材が、接続部材を挟んだ配線パターンの両端側のそれぞれに貼り付けられてもよい。
また、上記放射線検出器において、接続部材が、配線パターンと半導体素子とを電気的に接続してよい。
また、本発明は、上記目的を達成するため、配線パターンと、配線パターンの表面に設けられる接続部材とを有する基板を準備する基板準備工程と、粘着剤層を有する粘着部材を、基板の一部に貼り付ける貼り付け工程と、粘着部材を介して基板上に放射線を検出可能な半導体素子を配置し、半導体素子を基板に一時的に固定する仮固定工程とを備える放射線検出器の製造方法が提供される。
また、上記放射線検出器の製造方法において、仮固定工程の後に接続部材を硬化させ、配線パターンと半導体素子とを電気的に接続させる硬化工程を更に備えることができる。
また、上記放射線検出器の製造方法において、貼り付け工程が、基板の配線パターン上に粘着部材を貼り付け、粘着部材により配線パターンと半導体素子とを接着させることもできる。
また、上記放射線検出器の製造方法において、粘着部材が、基材と、基材の両面に粘着剤層を有する両面テープであってもよい。
また、上記放射線検出器の製造方法において、仮固定工程が、半導体素子を基板側に向けて押し付けることにより接続部材の厚さを粘着部材の厚さに一致させることもできる。
また、上記放射線検出器の製造方法において、半導体素子が、平面視にて略四角形状を有し、貼り付け工程が、接続部材を挟んだ配線パターンの両端側のそれぞれに粘着部材を貼り付けることもできる。
また、本発明は、上記目的を達成するため、長手方向に略一定の幅を有する中央部と、中央部の両端のそれぞれに中央部の幅より広い幅を有する端部とを有する配線パターンと、配線パターンの表面に設けられる接続部材とを有する基板と、配線パターンの端部に貼り付けられる粘着部材と、粘着部材を介して基板上に配置され、放射線を検出可能な半導体素子とを備え、接続部材が、配線パターンと半導体素子とを電気的に接続する放射線検出器が提供される。
本発明に係る放射線検出器、及び放射線検出器の製造方法によれば、製造工程において製品の歩留りを向上させることのできる放射線検出器、及び放射線検出器の製造方法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斜視図である。 本発明の実施の形態に係る放射線検出器から一部の放射線検出素子を取り外した場合の斜視図の一部の概要図である。 図2のA−A線における断面図である。 本発明の実施の形態に係る放射線検出器の一部を放射線が入射する側から見た場合における上面図である。 本発明の実施の形態に係る放射線検出器の製造工程の一部の模式図である。 本発明の実施の形態に係る放射線検出器の製造工程の一部の模式図である。 本発明の実施の形態に係る放射線検出器の製造工程の一部の模式図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る放射線検出器の基板の一部を示す図である。
[実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る放射線検出器の斜視図の概要を示す。
(放射線検出器1の構成の概要)
本実施の形態に係る放射線検出器1は、カード形状を呈し、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入射してくる。すなわち、放射線100は、放射線検出器1の半導体素子10からカードホルダ30及びカードホルダ31に向かう方向に沿って伝搬して放射線検出器1に到達する。そして、放射線検出器1は、半導体素子10の側面(つまり、図1の上方に面している面)に放射線100が入射する。したがって、半導体素子10の側面が放射線100の入射面となっている。このように、半導体素子10の側面を放射線100の入射面とする放射線検出器1を、本実施の形態ではエッジオン型の放射線検出器1と称する。
なお、放射線検出器1は、特定の方向(例えば、放射線検出器1に向かう方向)に沿って入射してくる放射線100が通過する複数の開口を有するコリメータ(例えば、マッチドコリメータ、ピンホールコリメータ等)を介して放射線100を検出する複数の放射線検出器1が並べられて構成されるエッジオン型の放射線検出器用の放射線検出器1として構成することもできる。
具体的に、放射線検出器1は、放射線100を検出可能な一対の半導体素子10と、薄い基板20と、一対の半導体素子10の隣接部分にて基板20を挟み込むことにより基板20を支持するカードホルダ30及びカードホルダ31とを備える。そして、本実施の形態においては、一例として、一対の半導体素子10が4組、基板20を挟み込む位置において基板20に固定される。すなわち、各組の一対の半導体素子10は、基板20の一方の面と他方の面とのそれぞれに基板20を対称面として対称の位置に固定される。
また、基板20はカードホルダ30とカードホルダ31とに挟み込まれて支持される。カードホルダ30とカードホルダ31とはそれぞれ同一形状を有して形成され、カードホルダ30が有する溝付穴34にカードホルダ31が有する突起部36が嵌め合うと共に、カードホルダ31が有する溝付穴34(図示しない)にカードホルダ30が有する突起部36(図示しない)が嵌め合うことにより基板20を支持する。
また、板ばね等から構成される弾性部材32は、複数の放射線検出器1を支持する放射線検出器立てに放射線検出器1が挿入された場合に、放射線検出器1を放射線検出器立てに押し付ける。なお、放射線検出器立てはカードエッジ部29が挿入されるコネクタを有しており、放射線検出器1は、カードエッジ部29がコネクタに挿入され、コネクタとパターン29aとが電気的に接続することにより外部の電気回路としての制御回路、外部からの電源線、グランド線等に電気的に接続される。
なお、放射線検出器1は、一対の半導体素子10の基板20の反対側に、各半導体素子10の電極パターンと複数の基板端子22とのそれぞれを電気的に接続する配線パターンを有するフレキシブル基板を更に備えることができる(なお、半導体素子10の電極パターン、フレキシブル基板、フレキシブル基板の配線パターンは図示しない)。フレキシブル基板は、一対の半導体素子10の一方の半導体素子10側、及び他方の半導体素子10側の双方に設けることができる。例えば、4組の一対の半導体素子10の一方の半導体素子10側のそれぞれと、他方の半導体素子10側のそれぞれとの双方に、フレキシブル基板をそれぞれ設けることができる。なお、基板端子22は、基板20の表面に設けられており、基板20の配線パターンに電気的に接続されている。
図2は、本発明の実施の形態に係る放射線検出器から一部の放射線検出素子を取り外した場合の斜視図の一部の概要を示す。また、図3は、図2のA−A線における断面の概要を示す。
(基板20の詳細)
基板20は、金属導体等の導電性材料からなる導電性薄膜(例えば、銅箔)が表面に形成された薄肉基板(例えば、FR4等のガラスエポキシ基板)を、ソルダーレジスト等の絶縁材料からなる絶縁層で挟んで可撓性を有して形成される。また、基板20は、半導体素子10の電極に電気的に接続する配線パターン200を有する。配線パターン200は、例えば、平面視にて幅が略一定の略長方形状を有して基板20の一方の面、及び他方の面のそれぞれに設けられる。そして、配線パターン200の表面の一部の領域に導電性を有する接続部材としての銀ペースト50が設けられ、半導体素子10の電極は銀ペースト50を介して配線パターン200に電気的に接続する。
基板20は、一例として、幅広の方向、すなわち長手方向は40mm程度の長さを有して形成される。そして、基板20は、幅広の部分の端部から幅が狭くなっている部分の端部までの短手方向において、20mm程度の長さを有して形成される。なお、銀ペースト50の代わりに低温で溶融するはんだを用いることもできる。
ここで、基板20は放射線を検出できない領域であるので、一対の半導体素子10によって挟まれる基板20の領域は不感領域になる。よって、基板20の厚さは、薄いことが好ましい。具体的に、基板20は、0.4mm以下の厚さを有することが好ましい。本実施の形態では、一例として、基板20は、0.2mmの厚さを有する。
また、基板20に形成された配線により、配線パターン200はカードエッジ部29のパターン29aに電気的に接続される。また、基板20は、基板端子22とカードエッジ部29のパターン29aとを電気的に接続する配線を有する。これにより、基板20において、半導体素子10の基板20側の面の電極は、基板20の配線によりカードエッジ部29のパターン29aに電気的に接続される。また、半導体素子10の基板20側の反対側の面の電極は、フレキシブル基板の配線パターンと、基板端子22と、基板20の配線とを経由してカードエッジ部29のパターン29aに電気的に接続される。ここで、例えば、半導体素子10の基板20側の電極をアノード電極、半導体素子10の基板20側の反対側の面の電極をカソード電極とする。この場合、アノード電極からの信号とカソード電極からの信号とはそれぞれ、カードエッジ部29のパターン29aに導かれ、パターン29aを介し、外部の電気回路へ出力される。
(半導体素子10の詳細)
半導体素子10は、略直方体状に形成され(つまり、平面視にて略四角状に形成され)、素子表面10bと、素子表面10bの反対側の素子表面10cとのそれぞれに電極が設けられる(電極は図示しない)。放射線は各半導体素子10の端部から入射して、カードエッジ部29側に向かって半導体素子10中を走行する。また、本実施の形態に係る半導体素子10は、放射線が入射する面に垂直な一の面である素子表面10cに複数の溝10aが設けられる。溝10aの幅は、一例として、0.2mmである。
そして、放射線が入射する半導体素子10の面であって、各溝10aから、溝10aが設けられている面の反対側の面(つまり、素子表面10b)への仮想的な垂線により区切られる領域、及び当該仮想的な垂線と半導体素子10の端部とで区切られる領域を、素子内ピクセル領域と称する。半導体素子10が、(n−1)個の溝10aを有すると共に、複数の溝10a間、及び素子表面10bにそれぞれ電極を有することにより、n個の素子内ピクセル領域が構成される。複数の素子内ピクセル領域のそれぞれが、放射線を検出する1つの画素(ピクセル)に対応する。これにより、一の半導体素子10は、複数の画素を有することになる。
一例として、1つの放射線検出器1が8つの半導体素子10(4組の一対の半導体素子10)を備え、1つの半導体素子10がそれぞれ8つの素子内ピクセル領域を有する場合、1つの放射線検出器1は、64ピクセルの解像度を有することになる。溝10aの数を増減させることにより、一の半導体素子10のピクセル数を増減させることができる。なお、一例として、半導体素子10の幅は1.2mm程度、長さは11.2mm程度、高さは5mm程度である。
半導体素子10を構成する材料としては、CdTeを用いることができる。また、γ線等の放射線を検出できる限り、半導体素子10はCdTe素子に限られない。例えば、半導体素子10として、CdZnTe(CZT)素子、HgI素子等の化合物半導体素子を用いることもできる。
(両面テープ40の詳細)
ここで、本実施の形態においては、基板20の半導体素子10が搭載される領域の一部の領域に、粘着剤層を有する粘着部材としての両面テープ40が設けられる。両面テープ40は、基板20の配線パターン200上に貼り付けられ、両面テープ40により配線パターン200と半導体素子10とが接着される。両面テープ40は、基材と、基材の一方の面と他方の面との両面に粘着剤層を有して構成される。そして、両面テープ40の厚さは、一例として、10μm以上15μm以下程度であり、幅は1mm程度である。
具体的に、両面テープ40は、半導体素子10と基板20との間であって、半導体素子10の短手方向に間隔をおき、基板20の長手方向に沿って設けられる。ここで、配線パターン200の一方の端部と他方の端部との間の表面の一部には、銀ペースト50が設けられている。この場合、両面テープ40は、銀ペースト50を挟む位置であって、配線パターン200の一方の端部側と他方の端部側とのそれぞれに設けられる。なお、両面テープ40は、基板20の一方の面、及び他方の面のそれぞれに設けられる。例えば、基板20を対称面とした場合、基板20の一方の面に設けられた両面テープ40の対称の位置を含む他方の面にも両面テープ40が設けられる。本実施の形態では、半導体素子10は、銀ペースト50により配線パターン200に電気的に接続されると共に、基板20に機械的に固定される。そして、両面テープ40は、半導体素子10を基板20に仮に固定している。なお、本実施の形態において「仮に固定」とは、半導体素子10が銀ペースト50を介して基板20に機械的に固定されており、両面テープ40は、後述する放射線検出器1の製造工程において半導体素子10を基板20に一時的に固定することを目的として用いられていることを意味する。
図4は、本発明の実施の形態に係る放射線検出器の一部を放射線が入射する側から見た場合における上面の概要を示す。
半導体素子10は、両面テープ40により配線パターン200を介して基板20に仮に固定されると共に、銀ペースト50により配線パターン200に固定される。すなわち、両面テープ40が接着している配線パターン200の領域において、半導体素子10は、両面テープ40により基板20に仮に固定される。また、この場合において、半導体素子10と配線パターン200との間の両面テープ40の厚さと、半導体素子10と配線パターン200との間の銀ペースト50の厚さとは一致する。
(放射線検出器1の製造方法)
図5A〜図5Cは、本発明の実施の形態に係る放射線検出器の製造工程の一部を模式的に示す。
まず、表面及び裏面のそれぞれに複数の配線パターン200と、複数の配線パターン200それぞれの表面の一部の領域に設けられる銀ペースト50とを有する基板20を準備する(図5Aの(a)、基板準備工程)。銀ペースト50は、例えば、メタルマスク塗布、又はディスペンサ塗布により配線パターン200の表面の一部の領域に塗布することができる。
次に、両面テープ40を基板20上の予め定められた領域に貼り付ける(図5Aの(b)、貼り付け工程)。すなわち、基板20に搭載されるべき半導体素子10の一の辺の近傍、及び一の辺の対辺の近傍それぞれに対応する位置に両面テープ40を貼り付ける。例えば、配線パターン200の両端それぞれに、両面テープ40を貼り付ける。次に、両面テープ40を介して基板20上に半導体素子10を配置すると共に、半導体素子10を基板20に一時的に固定する(図5B、仮固定工程)。
具体的に、本実施の形態では、基板20の表面側及び裏面側のそれぞれに一対の半導体素子10を基板20を対称面として対称に配置する。例えば、半導体素子10の基板20への配置は、自動マウント装置を用いて実施する。まず、自動マウント装置が備えるコレット60で半導体素子10を吸着する。そして、コレット60は、吸着した半導体素子10を基板20上の予め定められた位置に配置し、一定の力(例えば、50〜100g)で一定時間、基板20側へ半導体素子10を押し付ける。本実施の形態では、基板20を挟んだ対称の位置において、一方のコレット60が吸着している半導体素子10と、他方のコレット60が吸着している半導体素子10とが基板20に略同時に押しつけられる。
これにより、一対の半導体素子10が基板20の表面及び裏面の予め定められた位置に両面テープ40により一時的に固定される。また、仮固定工程の時点で銀ペースト50はまだ硬化していないので、コレット60により半導体素子10を基板20側に押し付けることにより銀ペースト50が押しつぶされ、銀ペースト50の厚さが両面テープ40の厚さに一致する。
続いて、一時的に固定した一対の半導体素子10の隣に、新たに一対の半導体素子10を配置すると共に基板20に一時的に固定する(図5C)。なお、基板20の表面側及び裏面側のそれぞれに複数対の半導体素子10を配置し、複数対の半導体素子10を基板20の対称の位置に実質的に同時に、かつ、一時的に固定することもできる。なお、仮固定工程は、基板20を縦の状態に設置し(例えば、基板20を吊り下げる)、この状態で基板20の左右から一対若しくは複数対の半導体素子10を基板20の対称の位置に一時的に固定することもできる。
次に、銀ペースト50を硬化させ、配線パターン200と半導体素子10とを電気的に接続させる(硬化工程)。硬化工程は、例えば、高温槽内において銀ペースト50を加熱することにより実施する。一例として、75℃、2〜3.5時間程度の加熱により硬化する銀ペースト50を用いることができる。また、硬化工程においては、半導体素子10の自重により基板20に発生する反りを抑制することを目的として、高温槽内に基板20を縦の状態にして設置することができる。
硬化工程後、フレキシブル基板、カードホルダ30及びカードホルダ31、弾性部材32等を複数の半導体素子10及び基板20の定められた位置に取り付ける(組み立て工程)。これにより、本実施の形態に係る放射線検出器1が製造される。
(実施の形態の効果)
本発明の実施の形態に係る放射線検出器1の製造方法は、両面テープ40により半導体素子10を基板20に一時的に固定した状態で銀ペースト50を硬化させるので、銀ペースト50の硬化中に基板20の反りに起因する半導体素子10の基板20からの剥がれを抑制することができる。また、画像処理で半導体素子10の基板20に対する位置を決めることができる自動マウント装置を用いて半導体素子10を基板20に仮固定することができる。したがって、特別な冶具を要することなく、例えば、半導体素子10の間隔を0.1mm程度に制御しつつ、半導体素子10同士が接触することを防止できる。これにより、放射線検出器1の製造工程中に半導体素子10同士が接触することを抑制できるので、放射線検出器1の製造歩留りを向上させることができる。
また、本発明の実施の形態に係る放射線検出器1の製造方法は、厚さが薄く、撓み易く、反りが発生しやすい基板20を用いる場合に特に有効である。薄い基板、例えば、0.4mm以下の厚さを有する基板20を用いることにより不感領域を低減することができる。
また、本実施の形態に係る放射線検出器1の製造方法は、銀ペースト50が硬化する前に、両面テープ40に接触している半導体素子10を基板20側に押し付けることで、両面テープ40の厚さを利用し、銀ペースト50の厚さを仮固定工程と同時に高精度に制御することができる。したがって、温度変化等に起因し、銀ペースト50により半導体素子10中に発生する応力を制御することができるので、放射線検出器1の特性の低下を抑制することができる。
また、自動マウント装置を用いる場合、±0.02mmの位置精度で半導体素子10を基板20に配置することができる。これにより、高精度で半導体素子10を基板20に配置することができると共に、配置スピードを向上させることができる
[実施の形態の変形例]
図6は、本発明の実施の形態の変形例に係る放射線検出器の基板の一部を示す。
実施の形態の変形例に係る放射線検出器は、実施の形態に係る放射線検出器1とは基板20に設けられる配線パターン200の形状が一部異なる点を除き、実施の形態に係る放射線検出器1と略同一の構成及び機能を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
実施の形態の変形例に係る放射線検出器1の基板21は、長手方向に略一定の幅を有する中央部202と、中央部202の両端のそれぞれに中央部202の幅より広い幅を有する端部204とを有する配線パターン210を備える。端部204は、両面テープ40が貼り付けられる部分に設けられる。実施の形態の変形例では、配線パターン210が実施の形態の配線パターン200より幅が広い端部204を有するので、両面テープ40と配線パターン210との接触面積を増やすことができる。これにより、両面テープ40の配線パターン210への粘着力を増大させることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
1 放射線検出器
10 半導体素子
10a 溝
10b、10c 素子表面
20、21 基板
22 基板端子
29 カードエッジ部
29a パターン
30、31 カードホルダ
32 弾性部材
34 溝付穴
36 突起部
40 両面テープ
50 銀ペースト
60 コレット
100 放射線
200 配線パターン
202 中央部
204 端部
210 配線パターン

Claims (8)

  1. 配線パターンと、前記配線パターンの表面に設けられる接続部材とを有する基板と、
    前記基板の一部に貼り付けられる粘着部材と、
    前記粘着部材を介して前記基板上に配置され、放射線を検出可能な半導体素子とを備え、
    前記接続部材が、前記配線パターンと前記半導体素子とを電気的に接続し、
    前記粘着部材が、前記基板の前記配線パターン上に貼り付けられ、前記粘着部材により前記配線パターンと前記半導体素子とが接着され
    前記配線パターンは、前記放射線が入射する方向に延びる略長方形状を有し、前記粘着部材が、前記接続部材を挟んだ前記配線パターンの長手方向の端部のそれぞれに貼り付けられている放射線検出器。
  2. 前記粘着部材が、基材と、前記基材の両面に設けられる粘着剤層とを有する両面テープである請求項1に記載の放射線検出器。
  3. 前記接続部材の厚さと前記粘着部材の厚さとが一致する請求項1に記載の放射線検出器。
  4. 前記配線パターンの長手方向の前記端部は、前記配線パターンの長手方向の中央部の幅より広い幅を有する請求項1に記載の放射線検出器。
  5. 放射線を検出可能な半導体素子と電気的に接続するための、前記放射線が入射する方向に延びる略長方形状を有する配線パターンと、前記配線パターンの表面に設けられる接続部材とを有する基板を準備する基板準備工程と、
    粘着剤層を有する粘着部材を、前記接続部材を挟んだ前記配線パターンの長手方向の端部に貼り付ける貼り付け工程と、
    前記粘着部材を介して前記基板上に前記半導体素子を配置し、前記半導体素子を前記基板に一時的に固定する仮固定工程と
    前記仮固定工程の後に前記接続部材を硬化させ、前記配線パターンと前記半導体素子とを電気的に接続させる硬化工程と
    を備える放射線検出器の製造方法。
  6. 前記貼り付け工程が、前記基板の前記配線パターン上に前記粘着部材を貼り付け、前記粘着部材により前記配線パターンと前記半導体素子とを接着させる請求項5に記載の放射線検出器の製造方法。
  7. 前記粘着部材が、基材と、前記基材の両面に前記粘着剤層を有する両面テープである請求項5に記載の放射線検出器の製造方法。
  8. 前記仮固定工程が、前記半導体素子を前記基板側に向けて押し付けることにより前記接続部材の厚さを前記粘着部材の厚さに一致させる請求項5に記載の放射線検出器の製造方法。
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