JP6105862B2 - 放射線検出器およびその製造方法 - Google Patents

Description

実施形態は、概して、放射線検出器およびその製造方法に関する。

新世代のＸ線診断用検出器として、アクティブマトリクスを用いた平面形のＸ線検出器が開発されている。このＸ線検出器に照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像、あるいはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。このＸ線検出器では、Ｘ線をシンチレータ層により可視光すなわち蛍光に変換させ、この蛍光をアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）フォトダイオードあるいはＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子で信号電荷に変換することで画像を取得している。

シンチレータ層の材料としては、一般的に、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：ナトリウム（Ｎａ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、あるいは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）などが用いられる。シンチレータ層は、ダイシングなどにより溝を形成したり、柱状構造が形成されるように蒸着法で堆積したりすることで、解像度特性を向上させることができる。シンチレータの材料としては上記の通り種々のものがあり、用途や必要な特性によって使い分けられる。

シンチレータ層の上面には、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために、反射膜を形成する場合がある。すなわち、シンチレータ層で発光した蛍光のうち光電変換素子の反対側に向かう蛍光を反射膜で反射させて、光電変換素子側に到達する蛍光を増大させる。

反射膜は、銀合金やアルミニウムなど蛍光反射率の高い金属層をシンチレータ層上に成膜する方法や、ＴｉＯ_２などの光散乱性物質とバインダ樹脂とから成る光散乱反射性の反射膜を塗布形成する方法などで形成される。また、シンチレータ層上に形成するのではなく、アルミなどの金属表面を持つ反射板をシンチレータ層に密着させてシンチレータ光を反射させる方式も実用化されている。

シンチレータ層や反射層（あるいは反射板など）を外部雰囲気から保護して湿度などによる特性の劣化を抑えるための防湿構造は、検出器を実用的な製品とする上で重要な構成要素である。特に、湿度に対して劣化の大きい材料であるＣｓＩ：Ｔｌ膜やＣｓＩ：Ｎａ膜をシンチレータ層とする場合には高い防湿性能が要求される。

防湿構造としては、ポリパラキシリレン（以降は略してパリレンと記載）のＣＶＤ膜を用いる方法、あるいは、シンチレータの周囲を包囲部材で囲って防湿層との組み合わせで封止する構造などがある。また、防湿性能の優れたアルミニウム箔などをハット状に加工して、その鍔部を基板と接着シールする防湿構造などが知られている。

米国特許６２６２４２２号明細書 特開平５−２４２８４７号公報 特許第４７６４４０７号公報

金属箔などをハット状に加工して、その鍔部を基板と接着シールする防湿構造は、水蒸気バリア性（防湿性）や製造性の点で優れている。この場合、防湿層は、形状加工性の優れたアルミニウム（Ａｌ）など軽金属箔を用いてハット状に加工して形成される。

しかし、アルミニウムなどの導電性を有するハット状防湿層を、その鍔部で基板と接着する場合、基板の接着部に存在するリード配線と電気的に接触する可能性がある。リード配線上に無機材または有機樹脂の保護膜を形成したアレイ基板が一般的ではあるが、リード配線の段差被覆の不完全性や、工程上での異物の存在などによって、保護膜が不完全でリード配線が露出する可能性がある。

たとえば、アレイ基板とＡｌハット防湿体を接着した部分の断面観察で、アレイ基板の配線段差部において保護膜被覆が薄くなった状態が観察される場合がある。このような場所に接着層の極端に薄い部分が重なると、Ａｌハットとリード配線との短絡を生じ易く、デバイス特性に重大な支障をきたす可能性がある。リード配線が信号ラインであればノイズ特性の悪化を招き、フォトダイオードのバイアスラインとか制御ラインの場合はデバイス動作ができなくなり致命的となる。

このような不具合は、Ａｌハットなど導電性防湿層の鍔部と基板との密着性をより高める場合ほどリスクが大きくなる。すなわち、接着条件として接着時の加圧力を大きく、また接着面の面積を広く取るほど密着性の点では望ましいが、これらによってＡｌなど導電性防湿層と基板のリード配線との短絡や浮遊容量の増大に繋がり易い。

そこで、実施形態は、放射線検出器の防湿体によるアレイ基板上の配線の短絡の可能性を抑制することを目的とする。

上述の目的を達成するため、実施形態によれば、放射線検出器は、基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板と、前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、金属の成形体であって前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体と、前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層と、前記接着面と前記アレイ基板との間に介在して前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着層と、を具備し、前記絶縁層は、絶縁性無機材質のフィラーを体積充填率で３０ｖｏｌ．％以上含有することを特徴とする。
また、他の実施形態によれば、放射線検出器は、基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板と、前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層を覆う金属の成形体であって前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体と、前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層と、前記接着面と前記アレイ基板との間に介在して前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着層と、を具備し、前記絶縁層は、前記防湿体を形成する金属の酸化物であることを特徴とする。
また、他の実施形態によれば、放射線検出器は、基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板と、前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、前記シンチレータ層を覆う金属の成形体であって前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体と、前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層と、前記接着面と前記アレイ基板との間に介在して前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着層と、を具備し、前記絶縁層は、珪素の酸化物、窒化物および酸窒化物のいずれかを主成分とすることを特徴とする。

また、実施形態によれば、放射線検出器の製造方法は、基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板を形成するアレイ基板形成工程と、前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、金属を成形して前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体を形成する防湿体形成工程と、前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記接着面と前記アレイ基板との間に接着層を介在させて前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着工程と、を具備し、前記防湿体は、アルミニウムおよびアルミニウム合金のいずれかで形成され、前記絶縁層形成工程は、前記接着面を陽極酸化処理する工程を含むことを特徴とする。
また、他の実施形態によれば、放射線検出器の製造方法は、基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板を形成するアレイ基板形成工程と、前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、金属を成形して前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体を形成する防湿体形成工程と、前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記接着面と前記アレイ基板との間に接着層を介在させて前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着工程と、を具備し、前記絶縁層形成工程は、化学的気相成膜法、物理的気相成膜法および液相成膜法のいずれかの方法によって珪素の酸化膜、窒化膜および酸窒化膜のいずれかを形成する工程を含むことを特徴とする。

一実施形態による放射線検出装置の模式的斜視図である。 一実施形態による放射線検出器のアレイ基板の回路図である。 一実施形態による放射線検出装置のブロック図である。 一実施形態による放射線検出器の断面の一部拡大断面図である。 一実施形態による放射線検出器の上面図である。 一実施形態による放射線検出器の側面図である。 一実施形態による放射線検出器の外周部近傍の拡大断面図である。 一実施形態による防湿体の下面図である。 所定の厚さの接着層が形成されている場合のアレイ基板と防湿体との接着部近傍の断面ＳＥＭ写真である。 所定の厚さの接着層が形成されていない場合のアレイ基板と防湿体との接着部近傍の断面ＳＥＭ写真である。 防湿体の接着時の加圧力を変化させたときの耐圧不良のライン数の試験結果を示すグラフである。 接着層中のフィラー材の割合を変化させた場合の透湿係数の試験結果を示すグラフである。 接着層を形成する際の加圧条件を変化させたときの保護膜へのダメージの発生率を、フィラー材の種類を変えて試験した結果を示すグラフである。 接着層の平均厚さを変化させたときの高温高湿試験後の解像度維持率のグラフである。 高温高湿下での密着力ピール強度の試験結果を示すグラフである。 一般的な樹脂の溶解性パラメータ値（ＳＰ値）の表である。

一実施形態による放射線検出器を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態による放射線検出装置の模式的斜視図である。図２は、本実施形態による放射線検出器のアレイ基板の回路図である。図３は、本実施形態による放射線検出装置のブロック図である。図４は、本実施形態による放射線検出器の断面の一部拡大断面図である。図５は、本実施形態による放射線検出器の上面図である。図６は、本実施形態による放射線検出器の側面図である。

本実施形態の放射線検出器１１は、放射線像であるＸ線画像を検出するＸ線平面センサであり、たとえば一般医療用途などに用いられる。放射線検出装置１０は、この放射線検出器１１と、支持板３１と、回路基板３０と、フレキシブル基板３２とを有している。放射線検出器１１は、アレイ基板１２とシンチレータ層１３とを有している。放射線検出器１１は、入射したＸ線を検出して蛍光に変換し、その蛍光を電気信号に変換する。放射線検出装置１０は、放射線検出器１１を駆動し、放射線検出器１１から出力された電気信号を画像情報として出力する。放射線検出装置１０が出力した画像情報は、外部のディスプレイなどに表示される。

アレイ基板１２は、蛍光を電気信号に変換する光電変換基板である。アレイ基板１２は、ガラス基板１６を有している。ガラス基板１６の表面には、複数の微細な画素２０が正方格子状に配列されている。画素２０は、たとえば対角線の長さが１３インチの長方形の画素領域（アクティブ領域）内に配列される。それぞれの画素２０は、薄膜トランジスタ２２とフォトダイオード２１とを有している。また、ガラス基板１６の表面には、画素２０が配列された正方格子の行に沿って制御ライン１８が各画素２０の間を延びている。さらに、ガラス基板１６の表面には、画素２０が配列された正方格子の列に沿って同数のデータライン１９が各画素２０の間を延びている。シンチレータ層１３は、アレイ基板１２の画素２０が配列された領域の表面に形成されている。

シンチレータ層１３は、アレイ基板１２の表面に設けられ、Ｘ線が入射すると可視光領域の蛍光を発生する。発生した蛍光は、アレイ基板１２の表面に到達する。

シンチレータ層１３は、たとえばヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいはヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）などを真空蒸着法で柱状構造に形成したものである。たとえば、シンチレータ層１３にはＣｓＩ：Ｔｌの蒸着膜を用い、その膜厚は約６００μｍである。ＣｓＩ：Ｔｌの柱状構造結晶の柱（ピラー）の太さは、最表面でたとえば８〜１２μｍ程度である。あるいは、酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）蛍光体粒子をバインダ材と混合し、アレイ基板１２上に塗布して焼成および硬化し、ダイサによりダイシングするなどで溝部を形成して四角柱状に形成してシンチレータ層１３を形成してもよい。これらの柱間には、大気、あるいは酸化防止用の窒素（Ｎ_２）などの不活性ガスが封入され、あるいは真空状態としてもよい。

アレイ基板１２は、シンチレータ層１３で発生した蛍光を受光して電気信号を発生する。その結果、入射したＸ線によってシンチレータ層１３で発生した可視光像は、電気信号で表現された画像情報に変換される。

放射線検出器１１は、シンチレータ層１３が形成された面の反対側の面と支持板３１とが接触するように、支持板３１に支持されている。回路基板３０は、支持板３１の放射線検出器１１に対して反対側に配置されている。放射線検出器１１と回路基板３０との間は、フレキシブル基板３２で電気的に接続されている。

それぞれのフォトダイオード２１は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ２２を介して制御ライン１８およびデータライン１９に接続されている。また、それぞれのフォトダイオード２１には、蓄積キャパシタ２７が並列に接続されている。なお、蓄積キャパシタ２７は、フォトダイオード２１の容量が兼ねる場合もあり、必ずしも必要ではない。

フォトダイオード２１およびそれに並列に接続された蓄積キャパシタ２７は、薄膜トランジスタ２２のドレイン電極２５に接続されている。薄膜トランジスタ２２のゲート電極２３は、制御ライン１８に接続されている。薄膜トランジスタ２２のソース電極２４は、データライン１９に接続されている。

配列の同じ行に位置する画素２０の薄膜トランジスタ２２のゲート電極２３は、同一の制御ライン１８に接続されている。配列の同じ列に位置する画素２０の薄膜トランジスタ２２のソース電極２４は、同一のデータライン１９に接続されている。

同じ行の画素２０中の薄膜トランジスタ２２のゲート電極２３は、同じ制御ライン１８に接続されている。同じ列の画素２０中の薄膜トランジスタ２２のソース電極２４は、同じデータライン１９に接続されている。

各薄膜トランジスタ２２は、フォトダイオード２１への蛍光の入射にて発生した電荷を蓄積および放出させるスイッチング機能を担う。薄膜トランジスタ２２は、結晶性を有する半導体材料である非晶質半導体としてのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、あるいは多結晶半導体であるポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの半導体材料にて少なくとも一部が構成されている。

なお、図１および図２において、画素は５行５列あるいは４行４列分しか記載していないが、実際にはもっと多く、解像度、撮像面積に応じて必要な画素が形成されている。

放射線検出装置１０は、放射線検出器１１と、ゲートドライバー３９と、行選択回路３５と、積分アンプ３３と、Ａ／Ｄ変換器３４と、並列／直列変換器３８と、画像合成回路３６とを有している。ゲートドライバー３９は、放射線検出器１１の各制御ライン１８に接続されている。ゲートドライバー３９は、各薄膜トランジスタ２２の動作状態、すなわちオンおよびオフを制御する。積分アンプ３３は、放射線検出器１１の各データライン１９に接続されている。

行選択回路３５は、ゲートドライバー３９に接続されている。並列／直列変換器３８は、積分アンプ３３に接続されている。Ａ／Ｄ変換器３４は、並列／直列変換器３８に接続されている。Ａ／Ｄ変換器３４は、画像合成回路３６に接続されている。

積分アンプ３３は、たとえば放射線検出器１１と回路基板３０とを接続するフレキシブル基板３２上に設けられている。その他の素子は、たとえば回路基板３０上に設けられている。

ゲートドライバー３９は行選択回路３５からの信号を受信して、各薄膜トランジスタ２２の動作状態、すなわちオンおよびオフを制御する。つまり、制御ライン１８の電圧を順番に変更していく。行選択回路３５は、Ｘ線画像を走査する所定の行を選択するための信号をゲートドライバー３９へと送る。積分アンプ３３は、放射線検出パネル２１からデータライン１９を通じて出力される極めて微小な電荷信号を増幅し出力する。

アレイ基板１２の表面には、フォトダイオード２１および薄膜トランジスタ２２などの検出素子、並びに、制御ライン１８およびデータライン１９などの金属配線を覆う絶縁性の保護膜２８が形成されている。シンチレータ層１３は、保護膜２８の表面に、画素２０が配列された領域を覆うように形成されている。

シンチレータ層１３の表面には、反射膜１４が設けられている場合が多い。反射膜１４は、シンチレータ層１３で発生した蛍光のうちアレイ基板１２から遠ざかっていくものをアレイ基板１２側へ反射させる。これにより、フォトダイオード２１に到達する蛍光光量が増大する。

反射膜１４は、銀合金やアルミニウムなど蛍光反射率の高い金属をシンチレータ層上に成膜する方法で形成される。あるいは、アルミなどの金属表面を持つ反射板をシンチレータ層１３に密着させたもの、ＴｉＯ_２などの光散乱性物質とバインダ樹脂とから成る拡散反射性の反射膜１４を塗布形成してもよい。なお、反射膜１４は、放射線検出器１１に求められる解像度、輝度などの特性により、必ずしも必要ではない。

放射線検出器１１には、シンチレータ層１３および反射膜１４を覆うように、防湿体１５が設けられている。

防湿体１５は、中央部が盛り上がったハット状に形成されている。防湿体１５の周辺部分は、平坦な帯状の鍔部５０となっている。鍔部５０は、アレイ基板１２の表面のシンチレータ層１３が形成された領域の外側を取り囲む帯状に形成される。鍔部５０の内側には、天板部５１が形成されている。天板部５１は、シンチレータ層１３よりも若干大きい平板状の部分である。鍔部５０と天板部５１との間には、斜面部５２が形成されている。

鍔部５０は、アレイ基板１２と対向している。鍔部５０とアレイ基板１２との間は接着されている。アレイ基板１２上に形成されたシンチレータ層１３および反射膜１４は、防湿体１５の天板部５１および斜面部５２で覆われている。防湿体１５は、シンチレータ層１３および反射膜１４を外気や湿度から保護する。

防湿体１５は、たとえばアルミニウムやアルミニウム合金の箔で形成されている。本実施例として防湿体１５は、０．１ｍｍのＡ１Ｎ３０−Ｏ材（純アルミニウム系材料のアニール材）により形成されている。鍔部５０の幅は、たとえば５ｍｍである。

アレイ基板１２には、制御ライン１８およびデータライン１９のそれぞれの端部が露出したパッド２９が配列されて、端子群２６が形成されている。端子群２６は、アレイ基板１２の辺に沿って配列されている。制御ライン１８につながる端子群２６と、データライン１９につながる端子群２６は、異なる辺に沿って配列されている。これらの端子群２６は、フレキシブル基板３２を介して、回路基板３０と電気的に接続されている。

図７は、本実施形態による放射線検出器の外周部近傍の拡大断面図である。図８は、本実施形態による防湿体の下面図である。

ハット状の防湿体１５の鍔部５０の下面、すなわち、アレイ基板１２に対向する面には、絶縁層６１が形成されている。この絶縁層６１は、鍔部５０だけではなく、斜面部５２に広がっていてもよい。図８において斜線を付した部分に絶縁層６１が形成されている。絶縁層６１は、更に天板部にまでも広がっていても良い。防湿体１５は、鍔部５０とアレイ基板１２との間に介在する接着層４０によってアレイ基板１２に接着されている。

アレイ基板１２の周辺部の端子群２６まで延びる引き出しリードとしては、ＴＦＴ駆動のための制御ライン１８、Ｘ線画像に対応する電荷を読み出すデータライン１９、および、フォトダイオード２１を動作させるためのバイアス電圧を加えるためのバイアス線（図示せず）がある。Ｘ線画像を取得するアクティブエリアから、基板周辺部に配列されたパッド２９までそれぞれ延びるリード配線６２が形成され、最表層には保護膜２８として０．２〜０．３μｍ程度の無機膜と２μｍ程度の有機膜が形成されている。

シンチレータ層１３は、アレイ基板１２上のアクティブエリア上にＣｓＩ：Ｔｌを真空蒸着法で膜厚が約６００μｍとなるように形成される。また、反射膜１４は、ＴｉＯ_２のサブミクロン粉体とバインダ樹脂および溶媒を混合した塗液をシンチレータ層１３上に塗布・乾燥して形成される。

防湿体１５は、たとえば厚さが０．１ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）箔を周辺部に５ｍｍ幅の鍔部５０を持つ構造にプレス成形してハット状とする。その後、防湿体１５の鍔部５０（接着部）にエポキシ系の絶縁塗膜を形成した。絶縁塗膜の材料としては、絶縁ワニス（京セラケミカル製ＴＶＡ１４１０）を専用の薄め液を用いて適度な濃度に希釈し、スプレイガンにてＡｌハットの鍔部５０の接着面側とその近傍に塗装した後に、オーブン内で５０℃で２時間乾燥し、その後、室温で１日放置して完成した。これにより鍔部５０の接着面側に絶縁層６１が形成される。

絶縁層６１は、例示したような樹脂材料に限らず、無機系の絶縁膜でも良い。たとえばＡｌやＡｌ合金の防湿層であれば、接着面に陽極酸化処理（アルマイト処理）を施してサブミクロンから数ミクロンのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）絶縁層を形成してもよい。あるいは、電子デバイスのプロセスで広く用いられている珪素（Ｓｉ）系の無機絶縁膜、たとえばＳｉＯ_２膜やＳｉ_３Ｎ_４膜、あるいはこれらの複合組成であるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜などの珪素（Ｓｉ）系の酸化物、窒化物、酸窒化膜、あるいはＡｌやＺｒなど金属の酸化物、窒化物、酸窒化膜を接着面に成膜してもよい。成膜方法も一般的な物理気相成膜法（ＰＶＤ法：真空蒸着法やスパッタリング法など）や、化学気相成膜法（ＣＶＤ法：プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法など）、あるいは珪素や金属のアルコキシドを用いるゾルゲル法などの方法を用いてもよい。

絶縁層６１に必要な膜厚は、その材質や緻密性、防湿層と基板とを接着封止する際の加圧条件、防湿層と基板配線の間で必要な耐圧などによって異なるが、有機（樹脂）絶縁層の場合には、概ね３μｍ以上、無機絶縁層の場合には概ね０．５μｍ以上あるのが望ましい。

防湿体１５とアレイ基板１２とを接着封止する接着層４０としては、たとえばエポキシ系でカチオン重合型のＵＶ硬化接着材で、接着層の透湿を抑制する為の無機材質のフィラー材を種々添加したものを用いる。使用する接着材の一例は、紫外線硬化型接着材（ナガセケムテック製ＸＮＲ５５１６ＺＨＶ−Ｂ１）である。鍔部５０の接着面側を絶縁層６１で絶縁コートした防湿体１５を、天板部５１が鍔部５０よりも窪んだ状態で接着用のトレイに配置し、ディスペンサーを用いて概ね０．４〜０．８ｍｇ／ｍｍの塗布量で接着剤を防湿体１５の鍔部５０の接着面に塗布する。その後、アレイ基板１２をシンチレータ層１３が防湿体１５に対向するような姿勢にして、位置合わせと加圧密着ができる装置によって両者を密着化する。さらに、紫外線ランプにより６Ｊ／ｃｍ^２程度の照射量で紫外線を照射して接着層を硬化する。ＵＶ硬化接着剤の硬化率を高めるために、追加で６０℃×３時間の加熱処理を施す。

このようにして防湿構造を形成した後、制御ライン１８、データライン１９、バイアスラインの夫々に対応するリード配線６２のパッド２９からフレキシブル基板３２などを用いて駆動回路などの電気回路への配線実装を行い、さらに筐体（図示せず）に組み込んで放射線検出装置１０が完成する。

図９は、所定の厚さの接着層が形成されている場合のアレイ基板と防湿体との接着部近傍の断面ＳＥＭ写真である。図１０は、所定の厚さの接着層が形成されていない場合のアレイ基板と防湿体との接着部近傍の断面ＳＥＭ写真である。

図９に示すように、アレイ基板１２と防湿体１５を接着した部分には、通常、所定の厚さの保護膜２８および接着層４０が形成され、防湿体１５が保護膜２８に直接接触することはない。このため、防湿体１５によって保護膜２８で被覆されたリード配線６２の短絡が生じる可能性は低い。

しかし、アレイ基板１２と防湿体１５を接着した部分の断面観察で、アレイ基板１２のリード配線６２によって形成される段差部において保護膜２８が薄くなった状態が観察される場合がある。このような場所に接着層４０の極端に薄い部分が重なると、防湿体１５とリード配線６２との短絡が生じ易く、デバイス特性に重大な支障をきたす可能性がある。リード配線６２がデータライン１９であればノイズ特性の悪化を招き、フォトダイオード２１のバイアスラインや、制御ライン１８の場合はデバイス動作ができなくなり致命的となる。

本実施形態では、防湿体１５のアレイ基板１２との接着面に絶縁層６１が形成されている。このため、保護膜２８が薄くなった部分に接着層４０の薄い部分が重なったとしても、導電性の防湿体１５がリード配線６２に直接接触する可能性は極めて小さい。つまり、防湿体１５とリード配線６２との短絡が生じる可能性は極めて小さい。

このように本実施形態によれば、ＣｓＩ：Ｔｌ膜など湿度による特性劣化を生じるＸ線変換膜を、防湿性能が優れたＡｌ箔材などで保護するとともに、アレイ基板１２との接着部分で生じ易いリード配線２８との短絡リスクを無くし、信頼性の高い放射線検出器１１を提供することができる。

図１１は、防湿体の接着時の加圧力を変化させたときの耐圧不良のライン数の試験結果を示すグラフである。

この試験では、防湿体１５の接着時の加圧力を変化させた場合の電気的な短絡や耐圧状況を調査した。防湿体１５にエポキシ樹脂系の絶縁層６１を形成した場合と、ＳｉＮ系の絶縁層６１を形成した場合について、試験を行った。また、比較のため、絶縁層６１を形成しない場合についても試験を行っている。リード配線６２の数は３０７２本で、各リード配線６２のパッド２９にプローバを用いて電気的なコンタクトを取り、防湿体１５との間に最大５０Ｖの電圧を印加して絶縁性を評価した。

防湿体１５に絶縁コート（絶縁層６１）が無い場合、防湿体１５とアレイ基板１２との加圧力が高いほど、耐圧不良のライン数が増加している。つまり、絶縁層６１がない場合には、密着性の良好な条件すなわち冷熱サイクル試験などの信頼性が高い接着条件になるほど、防湿体１５とリード配線６２との短絡の増加が見られる。一方、防湿体１５の鍔部５０の接着面を絶縁コートした場合、何れの接着条件でも防湿体１５とリード配線６２との短絡は生じていない。

このように本実施形態によれば、Ａｌ箔など高い防湿性能を有するが導電性のある防湿層材料を使用して防湿体１５を形成しても、接着層４０の形成条件（接着条件）によらず、防湿体１５とアレイ基板１２上の配線との間で生じ得る短絡リスクを低減することができる。

概ね５０μｍ以上の厚みをもつＡｌ箔などの材料を防湿体１５に用いることにより、防湿体１５からの透湿量はほとんど無視できる程度に抑えられる。一方、防湿体１５の接着部に形成される絶縁層６１および接着層４０からの透湿量は、これらの材料が有機樹脂材料を主要成分とするものであるために、防湿性に影響する一定の値を有する。

透湿率に関して近似式を使って説明すると、防湿構造全体の透湿率（単位時間当りの水分の浸入）は、概ね、次式で表される。

Ｑ（Ｔｏｔａｌ）＝Ｑ（防湿体）＋Ｑ（絶縁層）＋Ｑ（接着層） …（式１）
ここで、Ｑ（Ｔｏｔａｌ）は防湿構造全体としての透湿率、Ｑ（防湿層）は防湿体１５からの透湿率、Ｑ（絶縁層）は絶縁層６１からの透湿率、Ｑ（接着層）は接着層４０からの透湿率である。

（式１）の第１項目のＱ（防湿層）は防湿構造の大部分を占める防湿体１５からの透湿率を示すが、本実施の形態では、防湿体１５の材料としてＡｌ箔材など水蒸気バリア性に優れた好適なものを選定することにより、透湿率を実質的にゼロレベルに抑えることができる。

（式１）の接着層４０からの透湿に関する第３項目のＱ（接着層）を書き下ろすと、次式となる。

Ｑ（接着層）＝Ｐ（接着層）・Ｓ（接着層）／Ｗ（接着層）
＝Ｐ（接着層）・Ｌ（接着層）・Ｔ（接着層）／Ｗ（接着層） …（式２）
ここで、Ｐ（接着層）は接着層４０の透湿係数、Ｓ（接着層）は接着層４０の透湿断面積、Ｗ（接着層）は透湿に関する接着層４０の幅すなわち接着層４０の防湿体１５およびアレイ基板１２で挟まれている部分の幅、Ｌ（接着層）は接着層４０の周長、Ｔ（接着層）は接着層４０の厚さを示す。このＱ（接着層）は、フィラー添加の接着層材料や接着層４０のディメンジョンにより極めて低い値に抑えることができる。

（式１）の絶縁層６１からの透湿に関する第２項目のＱ（絶縁層）を書き下ろすと、次式となる。

Ｑ（絶縁層）＝Ｐ（絶縁層）・Ｓ（絶縁層）／Ｗ（絶縁層）
＝Ｐ（絶縁層）・Ｌ（絶縁層）・Ｔ（絶縁層）／Ｗ（絶縁層） …（式３）
ここで、Ｐ（絶縁層）は絶縁層６１の透湿係数、Ｓ（絶縁層）は絶縁層６１の透湿断面積、Ｗ（絶縁層）は透湿に関する絶縁層６１の幅すなわち絶縁層６１の防湿体１５および接着層４０で挟まれている部分の幅、Ｌ（絶縁層）は絶縁層６１の周長、Ｔ（絶縁層）は絶縁層６１の厚さを示す。

絶縁層６１のディメンジョンに関するＬ、Ｔ、Ｗは、製品設計やプロセスからの制約がある。一方、透湿係数Ｐ（絶縁層）は絶縁層６１の材質により変化し、その変化の幅は大きい。絶縁層６１の形成によって上述の通り電気的短絡の可能性は抑制されるが、絶縁層６１が付加されたことによって、この層を通しての透湿が防湿構造全体としての性能低下になることは最小限に抑えることが望ましい。そこで、絶縁層６１の成分に無機フィラー材を添加し、無機フィラー材の水蒸気バリア性能により透湿係数Ｐ（絶縁層）の値を抑えることが好ましい。微細フィラーの添加率により絶縁層６１の透湿係数を顕著に低減させられる。実質的な効果としては、絶縁層６１が固化した状態で無機材質フィラーの体積含有比率が３０％を超えると透湿係数を小さくする効果が顕著に発現する。これら無機フィラーの添加率による防湿性能の変化を試験によって確認した。

図１２は、接着層中のフィラー材の割合を変化させた場合の透湿係数の試験結果を示すグラフである。

この試験では、接着層４０のベース樹脂としてエポキシ系やアクリル系の材料を用い、溶剤で溶いてワニス状にした後に、ＳｉＯ_２（酸化ケイ素）やＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、タルク（ｔａｌｃ：滑石：Ｍｇ_３Ｓｉ_３Ｏ_３（ＯＨ）_３）などの数μｍ程度の微細フィラーを添加した。図１２において、横軸はフィラー材の体積充填率、縦軸は透湿係数である。

４ｃｍ□のＣｓＩ：Ｔｌ膜に対して、これを覆うように絶縁層６１付きの防湿体１５を被せて、防湿体１５の鍔部５０をダミー基板と接着封止した。接着層４０の厚みＴは、５０〜１００μｍで、接着層４０の幅Ｗは３ｍｍである。防湿性能への影響を確認するため、６０℃−９０％ＲＨの高温高湿試験による膜の解像度変化を調査した。絶縁層の透湿係数の低下に応じて、ＣｓＩ：Ｔｌ膜の解像度特性の劣化が生じ難くなることが分かる。すなわち、防湿信頼性の寿命が改善する。

接着層４０に添加する微細な無機フィラーをタルク（ｔａｌｃ：滑石：Ｍｇ_３Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２）とすることで、防湿体１５をアレイ基板１２とを接着する際の加圧により防湿体１５やアレイ基板１２へのダメージを避けることができる。このダメージとは、硬度の高い無機フォラーによる基板や防湿層の傷つけである。

アレイ基板１２の接着面には、内部のフォトダイオード２１からなる画素２０と外部の電気回路を繋ぐリード配線６２群が通っている。これらのリード配線６２は、基本的にはたとえばサブミクロンのＳｉＮやＳｉＯ_２あるいは数μｍ以下の有機膜などの保護膜２８により保護されている。しかし、無機フィラーの硬度が高い場合には、接着時の加圧により保護膜２８に対して局部的な応力が加わり、クラックが生じたり穴が形成されたりするリスクがある。一方、タルク（滑石）など硬度の低い無機材質は、その結晶性によって水蒸気バリア性能は高硬度の無機膜と遜色ないが、その柔らかさに加えて形状変化の自由度が大きく、接着時の加圧によっても基板の保護膜や防湿層へのダメージは至って生じ難い。

図１３は、接着層を形成する際の加圧条件を変化させたときの保護膜へのダメージの発生率を、フィラー材の種類を変えて試験した結果を示すグラフである。図１３において、横軸は接着層を形成する際の加圧力であり、縦軸は基板へのダメージ発生箇所数である。

この試験は、モデルサンプルで行った。配線を模擬した８ｃｍ□のＡｌ膜の上に厚さが０．５μｍのＳｉＮ保護層と厚さが２μｍアクリル系の保護層を積層したものに、防湿体１５に相当するものに種々のフィラーを添加した絶縁層を被覆したＡｌ箔を密着させ、Ａｌ箔の上から加圧した。加圧試験後に、この試験片を混酸に浸漬して、Ａｌ膜の腐食発生箇所を調べ、保護膜に対するダメージの指標とした。混酸によるＡＬ膜の腐食は、加圧時に接着層中のフィラー材により、上部のＳｉＮ保護膜とアクリル系保護膜を貫通するクラックやピンホールが生じたことを意味する。

図１３から加圧力が大きくなるとＳｉＯ_２（モース硬度：７）やＡｌ_２Ｏ_３（モース硬度：９）のフィラー添加の絶縁膜では腐食発生箇所が増えてくるのが分かる。一方、同程度の添加率でも、フィラーとしてタルク（モース硬度：１）を用いたものでは、腐食発生は見られず、高加圧の条件でも保護膜に対するダメージが生じ難い事がわかる。よって、絶縁層６１に添加するフィラーとしては、モース硬度が２以下の微細片であることが好ましい。

図１４は、接着層の平均厚さを変化させたときの高温高湿試験後の解像度維持率のグラフである。この高温高湿試験は、６０℃−９０％ＲＨで行った。

接着層４０からの透湿率（単位時間当りの水蒸気の透過量）は、上述の（式３）で表される。この式中のディメンジョンのうち、接着層４０の長さ（Ｌ）と接着層４０の幅（Ｗ）は設計上の制約が大きい。接着層４０の厚み（Ｔ）に関しては設計上の制約は少なく、比較的自由度があるが、（式３）から透湿率を抑えるために接着層４０の厚み（Ｔ）は最小化することが望ましい。その目安は、接着層４０の透湿係数（ベース樹脂、フィラー添加やその含有率による）、製品寸法により違ってくるが、図１４から分かるように、接着層４０の厚み（Ｔ）は概ね５０μｍ以下が望ましい。

本実施形態において防湿体１５に被着された絶縁層６１は、接着層４０と直接接して封止構造を形成する。したがって、絶縁層６１と接着層４０との界面接着力とその安定性は、防湿体１５の信頼性の観点から極めて重要である。

図１５は、高温高湿下での密着力ピール強度の試験結果を示すグラフである。

この試験は、絶縁層６１と接着層４０の両方にエポキシ系の樹脂を主要成分とするものを用いた場合と、異種の樹脂材料を用いた場合について行った。これらの場合について、６０℃−９０％ＲＨの高温高湿下に曝したときの、絶縁層／接着層の密着力ピール強度の時間変化を調べた。

図１５から明らかなように、同系の樹脂材料を用いた場合の界面密着力は高温高湿試験でも劣化せず、むしろ増大傾向さえ示す。これは同系樹脂材料の融合効果により界面の密着力がより強固になった結果と考えられる。

図１６は、一般的な樹脂の溶解性パラメータ値（ＳＰ値）の表である。

高温環境下での界面密着力の増大は溶解性パラメータ（ＳＰ値）が近い（概ね±１（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２以内）では生じやすく、防湿構造の信頼性に対し有利である。そこで、この表から、溶解性パラメータが近い材料を、絶縁層６１および接着層４０に選択するとよい。

本実施形態では、Ａｌ箔など軽金属材料をハット形状に加工した防湿体の少なくとも接着に関わる部位（鍔部５０）に絶縁層を形成している。防湿体１５に対する絶縁層６１の密着力を確保することが信頼性の面から重要である。

防湿体１５のハット形状は、プレス加工などで成形される。プレス加工直後の状態では、防湿体１５の表面には汚れが残っており、また、絶縁層６１の食いつきを良くするための適当な状態の表面の粗れはない、あるいは一定化していない。塗装技術で一般に用いられる塗装面の粗面化（足付け）や予備洗浄は、Ａｌなど軽金属の薄い箔に対しては不安定で難しい。また、成形体の形状を歪めたり傷つけたりするリスクも高い。

そこで、防湿体１５の製造の際には、防湿体１５を保持するトレイを用いる。また、絶縁塗装面だけを露出して他の部位を覆い隠すとともに防湿体１５を安定化させる固定マスク冶具を用いる。これにより、必要な絶縁塗装面に、安定して足付け処理、払拭洗浄、塗装コートができる。

成形後の防湿体１５と絶縁層６１との密着力を確保するために、まず、防湿体１５の成形後に、有機溶剤などによる脱脂処理および、更に密着力を高めるためにＵＶ／Ｏ_３処理やプラズマ洗浄などの表面清浄化を行う。その後に、樹脂絶縁層の塗装や、無機絶縁層の物理気相成膜法（ＰＶＤ法：真空蒸着法やスパッタリング法など）や、化学気相成膜法（ＣＶＤ法：プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法など）、あるいは珪素や金属のアルコキシドを用いるゾルゲル法などの成膜を実施することが好ましい。また、成膜時の防湿体１５の温度やその他成膜条件は、絶縁層６１と防湿体１５との密着力の観点および膜の緻密性の観点、成膜速度による製造性やコストの観点を合わせて評価し、これら成膜条件を適正化する。

本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…放射線検出装置、１１…放射線検出器、１２…アレイ基板、１３…シンチレータ層、１４…反射膜、１５…防湿体、１６…ガラス基板、１８…制御ライン、１９…データライン、２０…画素、２１…フォトダイオード、２２…薄膜トランジスタ、２３…ゲート電極、２４…ソース電極、２５…ドレイン電極、２６…端子群、２７…蓄積キャパシタ、２８…保護膜、２９…パッド、３０…回路基板、３１…支持板、３２…フレキシブル基板、３３…積分アンプ、３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…行選択回路、３６…画像合成回路、３８…並列／直列変換器、３９…ゲートドライバー、４０…接着層、５０…鍔部、５１…天板部、５２…斜面部、６１…絶縁層、６２…リード配線

Claims (12)

1. 基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板と、
   前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、
   前記シンチレータ層を覆う金属の成形体であって前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体と、
   前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層と、
   前記接着面と前記アレイ基板との間に介在して前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着層と、
   を具備し、
   前記絶縁層は、絶縁性無機材質のフィラーを体積充填率で３０ｖｏｌ．％以上含有することを特徴とする放射線検出器。
2. 基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板と、
   前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、
   前記シンチレータ層を覆う金属の成形体であって前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体と、
   前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層と、
   前記接着面と前記アレイ基板との間に介在して前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着層と、
   を具備し、
   前記絶縁層は、前記防湿体を形成する金属の酸化物であることを特徴とする放射線検出器。
3. 基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板と、
   前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層と、
   前記シンチレータ層を覆う金属の成形体であって前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体と、
   前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層と、
   前記接着面と前記アレイ基板との間に介在して前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着層と、
   を具備し、
   前記絶縁層は、珪素の酸化物、窒化物および酸窒化物のいずれかを主成分とすることを特徴とする放射線検出器。
4. 前記絶縁層は樹脂を主材料とすることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
5. 前記絶縁層は塗装膜であることを特徴とする請求項１、または、４に記載の放射線検出器。
6. 前記フィラーはモース硬度が２以下の微細片であることを特徴とする請求項１、４、５のいずれか１項に記載の放射線検出器。
7. 前記絶縁層と前記接着層とが同系の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１、４、５、６のいずれか１項に記載の放射線検出器。
8. 前記絶縁層と前記接着層とは溶解性パラメータの差が所定の大きさ以下の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１、４、５、６、７のいずれか１項に記載の放射線検出器。
9. 前記アレイ基板は前記接着面に対向する部分を通過するリード配線と前記リード配線を被覆する保護膜とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の放射線検出器。
10. 前記絶縁層の厚さは５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の放射線検出器。
11. 基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板を形成するアレイ基板形成工程と、
    前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、
    金属を成形して前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体を形成する防湿体形成工程と、
    前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
    前記接着面と前記アレイ基板との間に接着層を介在させて前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着工程と、
    を具備し、
    前記防湿体は、アルミニウムおよびアルミニウム合金のいずれかで形成され、
    前記絶縁層形成工程は、前記接着面を陽極酸化処理する工程を含むことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
12. 基板上に光電変換素子を二次元配列したアレイ基板を形成するアレイ基板形成工程と、
    前記アレイ基板の前記光電変換素子が配列された領域を覆い放射線を蛍光に変換するシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、
    金属を成形して前記アレイ基板の前記シンチレータ層を囲む部分に対向する接着面を備えた防湿体を形成する防湿体形成工程と、
    前記防湿体の少なくとも前記接着面を被覆する絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
    前記接着面と前記アレイ基板との間に接着層を介在させて前記接着面と前記アレイ基板を接着させる接着工程と、
    を具備し、
    前記絶縁層形成工程は、化学的気相成膜法、物理的気相成膜法および液相成膜法のいずれかの方法によって珪素の酸化膜、窒化膜および酸窒化膜のいずれかを形成する工程を含むことを特徴とする放射線検出器の製造方法。