KR101138038B1 - 방사선 검출기와 그 제조 방법 - Google Patents

방사선 검출기와 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선 검출기와 그 제조 방법에 관한 것으로서, 기대(18)의 표면측에 배치된 광전변환기판(12)의 수광부(15) 및 기판측 전극패드(16), 기대측 전극패드(23) 및 배선(25)을 보호층(27)으로 일체로 피복하며, 보호층(27)의 표면에 신틸레이터층(29)을 형성하고, 보호층(27)에 의해 수광부(15)의 광전변환소자(14)나 각 전극패드(16, 23) 및 배선(25)의 부식을 방지한다. 보호층(27)으로 일체로 피복하여 광전변환기판(12)의 수광부(15)와 기판측 전극패드(16)의 거리를 근접하여 배치하는 것을 가능하게 하고, 소형화 또는 수광부(15)의 확대가 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

방사선 검출기와 그 제조 방법{RADIATION DETECTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 간접방식의 방사선 검출기와 그 제조 방법에 관한 것이다.
신세대의 X선 진단용 화상 검출기로서, 액티브매트릭스나, CCD나 CMOS 등의 고체촬상소자를 이용한 평면형 X선 검출기가 주목받고 있다. 이 X선 검출기에 X선을 조사함으로써 X선 촬영상 또는 리얼타임의 X선 화상이 디지털 신호로서 출력된다. 이 X선 검출기는 고체 검출기이므로 화질 성능이나 안정성면에서도 매우 기대가 크고, 많은 연구 개발이 진행되고 있다.
액티브매트릭스를 이용한 X선 검출기의 주요 용도로서는 비교적 큰 선량으로 정지 화상을 수집하는 흉부, 일반 촬영용으로 개발되어 최근 상품화되어 있다. 보다 고성능이고, 투시선량하에서 매초 30 프레임 이상의 리얼타임 동화상을 실현시킬 필요가 있는 순환기, 소화기 분야로의 응용에 대해서도 가까운 장래에 상품화가 예상된다. 이 동화상 용도에 대해서는 S/N비의 개선이나 미소 신호의 리얼타임 처리 기술 등이 중요한 개발 항목으로 되어 있다.
또한, CCD나 CMOS 등의 고체촬상소자를 이용한 X선 검출기의 주요 용도로서는 큰 선량으로 정지화상을 수집하는 공업용 비파괴검사나 구강 내에 삽입하여 정지화상을 수집하는 치과용 등이 최근 상품화되어 있다. 이 X선 검출기에서는 동화상 용도로의 대응도 포함하여 S/N비의 개선, 미소 신호의 리얼타임 처리, X선 검출기의 소형화, 신뢰성의 개선 등이 중요한 개발 항목으로 되어 있다.
그런데, X선 검출기는 직접방식과 간접방식 2 방식으로 크게 구분된다. 직접방식은 X선을 a-Se 등의 광도전막에 의해 직접 전하신호로 변환하는 방식이다. 한편, 간접방식은 신틸레이터층에 의해 X선을 일단 가시광으로 변환하고, 가시광을 a-Si 포토다이오드, CCD, CMOS 등에 의해 신호전하로 변환하는 방식이다.
종래의 간접방식의 X선 검출기는 도 4에 도시한 바와 같이, 광전변환기판(1) 상에 가시광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광전변환소자(2a)를 갖는 수광부(2)가 형성되어 있고, 또 이 수광부(2)보다 외측에 광전변환소자(2a)에 전기적으로 접속되어 있는 기판측 전극패드(3)가 형성되어 있다. 이 광전변환기판(1)의 수광부(2) 상에는 X선을 가시광으로 변환하는 신틸레이터층(4)이 형성되고, 이 신틸레이터층(4) 상에는 변환된 가시광의 이용 효율을 높이기 위한 반사층(5)이 형성되어 있다.
이 광전변환기판(1)이 외부 접속용 기대(基臺)(base)측 전극패드(6)를 갖는 기대(7)상에 고정되고, 기판측 전극패드(3)와 기대측 전극패드(6)가 배선(8)으로 전기적으로 접속되어 있다. X선 검출기의 신뢰성을 목적으로 하여 기판측 전극패드(3), 기대측 전극패드(6) 및 배선(8)이 주로 수지재료로 구성되는 보호층(9)으로 피복되어 있다. 또한, 신틸레이터층(4)을 보호하기 위해 신틸레이터층(4) 및 반사층(5)의 표면을 도시하지 않은 보호층으로 피복하거나, 기대(7)의 개구부에 도시하지 않은 보호커버를 설치하여 기대(7)의 내부를 밀봉하는 구성이 채택되어 있다.
통상, 간접방식의 X선 검출기에서는 구조상, 신틸레이터층의 특성이 중요해지고, 입사된 X선에 대한 출력신호강도를 향상시키기 위해, 예를 들면 신틸레이터층에는 CsI 등의 할로겐 화합물이나 GOS 등의 산화물계 화합물 등으로 구성되는 고휘도 형광물질이 이용되는 것이 많다. 또한, 일반적으로 고밀도인 신틸레이터층은 진공증착법, 스퍼터링법, CVD법 등의 기상성장법에 의해 광전변환기판상에 동일하게 형성되는 것이 많다.
그러나, 신틸레이터층에 고휘도 형광물질인 CsI 등의 할로겐 화합물을 이용한 경우, 요오드 등의 할로겐 원소의 반응성이 높으므로 이 신틸레이터층과 접촉하는 광전변환소자나 기판측 전극패드, 기대측 전극패드 및 이들 패드를 전기적으로 접속하는 배선 중의 양성 원소 등과 반응하고, 이들 광전변환소자 등이 부식되며, X선 검출기의 여러 특성 및 신뢰성이 열화되는 문제가 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기판측 전극패드(3), 기대측 전극패드(6) 및 이들 패드(3,6)를 전기적으로 접속하는 배선(8)에 대해서는 보호층(9)으로 피복함으로써 부식을 방지할 수 있다. 단, 보호층(9)은 주로 수지재료로 구성되므로 X선 흡수율이 신틸레이터층(4)에 비해 낮고, X선 내성에 수반되는 신뢰성의 저하로 연결될 우려가 있다.
한편, 광전변환소자에 대해서는 신틸레이터층의 층간 박리를 저감시키는 것을 목적으로 한 간접방식의 X선 검출기이지만, 광전변환기판의 수광부의 표면에 폴리이미드 등의 투명층을 형성하고, 이 투명층상에 신틸레이터층을 형성함으로써 부식을 방지 가능하게 하고 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 제2001-188086호의 제 3 페이지 및 도 1 참조).
상술한 바와 같이, 광전변환기판의 수광부의 표면에 투명층을 통해 신틸레이터층을 형성하는 경우, 기판측 전극패드, 기대측 전극패드 및 이들 패드를 전기적으로 접속하는 배선을 보호층으로 피복함으로써 신틸레이터층과 접촉하는 광전변환소자나 기판측 전극패드, 기대측 전극패드 및 이들 패드를 전기적으로 접속하는 배선의 부식을 방지할 수 있다.
그러나, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판측 전극패드(3), 기대측 전극패드(6) 및 이들 패드(3,6)를 전기적으로 접속하는 배선(8)을 보호층(9)으로 피복하는 경우, 이 보호층(9)의 형성에 있어서, 신틸레이터층(4)이 형성되어 있는 수광부(2)와 기판측 전극패드(3) 사이에 보호층(9)의 형성에 따른 클리어런스(clearance)를 확보할 필요가 있으므로, X선 검출기의 소형화 또는 수광부(2)의 확대에 대한 장해가 될 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 광전변환소자나 각 전극패드 및 배선을 보호하고, 소형화 또는 수광부의 확대가 가능한 방사선 검출기 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 방사선 검출기는 표면측에 광전변환소자를 갖는 수광부가 설치되고, 또한 이 수광부보다 외측에 광전변환소자와 전기적으로 접속되어 있는 기판측 전극패드가 설치된 광전변환기판과; 표면측에 상기 광전변환기판이 배치되고, 또한 이 광전변환기판의 기판측 전극패드와 전기적으로 접속되는 기대측 전극패드가 배치된 기대와; 상기 광전변환기판의 기판측 전극패드와 상기 기대의 기대측 전극패드를 전기적으로 접속하는 배선과; 적어도 상기 기대의 표면측에 배치된 광전변환기판의 수광부 및 기판측 전극패드, 기대측 전극패드 및 배선을 일체로 피복하도록 기상성장법에 의해 형성되는 보호층과; 이 보호층의 표면에 형성된 신틸레이터층을 구비하고, 또한 상기 배선이 신틸레이터층에 매설되어 있다.
또한, 본 발명의 방사선 검출기의 제조 방법은 표면측에 광전변환소자를 갖는 수광부가 설치되고, 또한 이 수광부보다 외측에 광전변환소자와 전기적으로 접속되어 있는 기판측 전극패드가 설치된 광전변환기판을 기대의 표면측에 배치하고; 광전변환기판의 기판측 전극패드와 기대의 표면측에 배치된 기대측 전극패드를 배선으로 전기적으로 접속하며; 기대의 표면측에 배치된 광전변환기판의 수광부 및 기판측 전극패드, 기대측 전극패드 및 배선을 기상성장법에 의해 형성되는 보호층으로 일체로 피복하고; 보호층의 표면에 신틸레이터층을 형성하며; 상기 배선을 신틸레이터층에 매설하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 방사선 검출기의 단면도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 방사선 검출기의 단면도,
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 방사선 검출기의 단면도, 및
도 4는 종래의 방사선 검출기의 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태)
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 제 1 실시형태를 나타낸다.
도면부호 "11"은 방사선 검출기로서의 X선 검출기이고, 이 X선 검출기(11)는 간접방식의 X선 평면화상검출기이다. 이 X선 검출기(11)는 가시광을 전기신호로 변환하는 액티브매트릭스 광전변환기판인 광전변환기판(12)을 구비하고 있다.
광전변환기판(12)의 표면의 중앙 영역에는 가시광을 전기신호로 변환하는 포토다이오드 등의 복수의 광전변환소자(14)가 이차원적으로 매트릭스상으로 배열된 수광부(15)가 형성되어 있다. 광전변환기판(12)의 표면의 둘레 가장자리 영역에는 각 광전변환소자(14)와 전기적으로 접속되어 각 광전변환소자(14)에 의해 변환된 전기신호를 취출하는 복수의 기판측 전극패드(16)가 배열되어 있다.
또한, X선 검출기(11)는 광전변환기판(12)을 고정하는 기대(18)를 구비하고 있다. 이 기대(18)는 예를 들면 직사각형 평판형상의 기판 배치부(19) 및 이 기판 배치부(19)의 둘레 가장자리부에서 표면측으로 돌출된 둘레벽부(20)를 갖고, 기대(18)의 표면측에 개구된 오목부(21)가 형성되어 있다. 오목부(21)내의 기판 배치부(19)의 중앙 영역에 광전변환기판(12)이 배치되어 고정되어 있다.
오목부(21) 내의 기판 배치부(19)의 주변 영역에는 광전변환기판(12)의 표면측과 동등 위치까지 돌출된 돌출부(22)가 형성되어 있다. 이 돌출부(22)의 표면측에 광전변환기판(12)의 각 기판측 전극패드(16)와 전기적으로 접속되는 복수의 기대측 전극패드(23)가 설치되고, 돌출부(22)로부터 기대(18)의 외면인 이면측에 각 기대측 전극패드(23)에 전기적으로 접속된 외부접속용 복수의 전극단자(24)가 배치되어 있다.
광전변환기판(12)의 각 기판측 전극패드(16)와 기대(18)의 각 기대측 전극패드(23)가 와이어 등의 복수의 배선(25)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 기대(18)의 표면측에 배치된 광전변환기판(12)의 수광부(15) 및 기판측 전극패드(16), 기대측 전극패드(23) 및 배선(25)을 포함하는 기대(18)의 오목부(21)의 내면 전체에 이들을 연속적으로 일체로 피복하는 보호층(27)이 형성되어 있다. 이 보호층(27)은 절연성, 수증기 차단성, 신틸레이터층(29)의 발광에 대한 투과성, 신틸레이터층(29)을 구성하는 물질에 대한 내부식성을 갖는 물질로서, 파라크실리렌을 주성분으로 하는 유기물 또는 다이아몬드 결정으로 이루어진 탄소결정을 주성분으로 하는 무기물이 이용되고 있다. 이 보호층(27)의 형성에는 광전변환기판(12) 및 기대(18)의 오목부(21)의 요철부나 단차부로의 연속적인 피막 형성이 필요해지므로 진공증착법, 스퍼터링법, CVD법 등의 기상성장법이나 도금법이 이용되고, 특히 형상 일치성이 높고, 또한 배선(25)의 이면측에도 피막 형성이 가능하도록 저온에서의 CVD법을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 광전변환기판(12)상의 보호층(27)의 표면측을 포함하는 기대(18)의 오목부(21)에는 X선을 가시광으로 변환하는 신틸레이터층(29)이 형성되어 있다. 이 신틸레이터층(29)은 진공증착법, 스퍼터링법, CVD법 등의 기상성장법으로, 고휘도 형광물질인 요오드화 세슘(CsI) 등의 할로겐 화합물이나 가드리늄 황산화물(GOS) 등의 산화물계 화합물 등의 형광체를 광전변환기판(12)상에 형성하고 있다.
광전변환기판(12)의 수광부(15)의 영역에 대응한 신틸레이터층(29)의 표면에는 신틸레이터층(29)으로 변환된 가시광의 이용 효율을 높이기 위해 반사층(30)이 형성되어 있다.
또한, 신틸레이터층(29) 및 반사층(30)의 표면을 덮어 보호층(27)과 동일한 물질, 또 형성 방법으로 보호층(32)이 형성되어 있다.
계속해서 본 실시형태의 작용을 설명한다.
우선, X선 검출기(11)의 신틸레이터층(29)으로 입사된 X선(41)은 이 신틸레이터층(29)에서 가시광(42)으로 변환된다.
이 가시광(42)은 신틸레이터층(29)을 통해 광전변환기판(12)의 수광부(15)의 광전변환소자(14)에 도달하여 전기신호로 변환된다. 광전변환소자(14)에서 변환된 전기신호는 판독동작에 의해 기판측 전극패드(16), 배선(25), 기대측 전극패드(23) 및 전극단자(24)를 통해 외부로 출력된다.
계속해서 X선 검출기(11)의 제조 방법에 대해 설명한다.
광전변환기판(12)을 기대(18)의 오목부(21)내의 기판 배치부(19)에 배치하여 고정하고, 광전변환기판(12)의 각 기판측 전극패드(16)와 기대(18)의 각 기대측 전극패드(23)를 복수의 배선(25)에 의해 전기적으로 접속한다.
적어도 기대(18)의 표면측에 배치된 광전변환기판(12)의 수광부(15) 및 기판측 전극패드(16), 기대측 전극패드(23) 및 배선(25)을 포함하는 기대(18)의 오목부(21)의 내면 전체에 이들을 연속적으로 일체로 피복하는 보호층(27)을 예를 들면 저온에서의 CVD법으로 형성한다.
광전변환기판(12)상의 보호층(27)의 표면측을 포함하는 기대(18)의 오목부(21)에 신틸레이터층(29)을 형성하고, 신틸레이터층(29)의 표면측에 반사층(30), 보호층(32)을 차례로 형성한다.
이와 같이 구성된 X선 검출기(11)에서는 적어도 기대(18)의 표면측에 배치된 광전변환기판(12)의 수광부(15) 및 기판측 전극패드(16), 기대측 전극패드(23) 및 배선(25)을 보호층(27)으로 연속적으로 일체로 피복하므로 보호층(27)에 의해 신틸레이터층(29)과 수광부(15)의 광전변환소자(14)나 각 전극패드(16, 23) 및 배선(25)이 직접 접촉하지 않고, 신틸레이터층(29)에 고휘도 형광 물질인 CsI 등의 할로겐 화합물을 이용한 경우에도 이들 수광부(15)의 광전변환소자(14)나 각 전극패드(16, 23) 및 배선(25)의 부식을 확실히 방지할 수 있고, X선 검출기(11)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에 광전변환기판(12)의 수광부(15) 및 기판측 전극패드(16), 기대측 전극패드(23), 및 배선(25)상에 신틸레이터층(29)을 형성할 수 있고, X선 검출기(11)의 생산성의 향상과 생산 비용 삭감이 가능해진다.
또한, 기대(18)의 표면측에 배치된 광전변환기판(12)의 수광부(15) 및 기판측 전극패드(16), 기대측 전극패드(23) 및 배선(25)을 보호층(27)으로 연속적이고 일체로 피복하므로 광전변환기판(12)의 수광부(15)와 기판측 전극패드(16)의 거리를 근접하여 배치하는 것이 가능해지고, 소형화 또는 동일한 외형 사이즈로의 수광부(15)의 확대가 가능하다.
또한, 광전변환기판(12)의 표면에 보호층(27)이 형성되므로 광전변환기판(12)의 표면의 평탄성의 개선이나 신틸레이터층(29)의 회복 능력의 개선이 가능해지고, 또한 신틸레이터층(29)이 보호층(27)을 통해 광전변환기판(12)과 접촉하는 구조가 되므로 광전변환기판(12)과 신틸레이터층(29)의 열팽창계수 차에 기인하는 응력을 완화하는 것도 가능해진다.
그리고, 예를 들면 광전변환기판(12)의 촬상소자를 CCD, 광전변환기판(12)상의 기판측 전극패드(16)의 재질을 Al, 기대(18)의 재료를 세라믹, 기대(18)상의 기대측 전극패드(23)의 재료를 Au, 광전변환기판(12)의 기판측 전극패드(16)와 기대(18)의 기대측 전극패드(23)를 전기적으로 접속하는 배선(25)의 재질을 Au, 보호층(27)의 구성 물질을 파라크실리렌, 보호층(27)의 형성 방법을 CVD법, 보호층(27)의 막 두께를 1㎛, 신틸레이터층(29)의 고휘도 형광물질을 CsI(Tl 도핑)로 하면, 적어도 기대(18)의 표면측에 배치된 광전변환기판(12)의 수광부(15) 및 기판측 전극패드(16), 기대측 전극패드(23) 및 배선(25)이 보호층(27)으로 연속적으로 일체로 피복되고, 신틸레이터층(29)과 수광부(15)의 광전변환소자(14)나 각 전극패드(16, 23) 및 배선(25)이 직접 접촉되지 않는 구조가 되므로 X선 검출기(11)의 신뢰성의 향상, 소형화, 생산성의 향상 및 생산비용의 저감이 가능해진다.
또한, 도 2의 제 2 실시형태를 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태의 X선 검출기(11)의 보호층(32)을 대신하여 기대(18)의 오목부(21)의 개구부를 닫는 보호커버(51)를 설치하여 오목부(21) 내를 밀폐함으로써 신틸레이터층(29)을 보호할 수 있다.
또한, 도 3의 제 3 실시형태에 나타내는 바와 같이, 제 1 실시형태의 X선 검출기(11)의 보호층(32)뿐만 아니라 기대(18)의 오목부(21)의 개구부를 닫는 보호커버(51)를 설치하여 오목부(21) 내를 밀폐함으로써 보호층(32)과 보호커버(51)의 상승 작용으로 신틸레이터층(29)을 더 확실히 보호할 수 있다.
또한, X선(41)을 검출하는 X선 검출기(11)에 대해 설명했지만, 다른 방사선을 검출하는 방사선 검출기에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형 실시 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 의하면, 적어도 기대의 표면측에 배치된 광전변환기판의 수광부 및 기판측 전극패드, 기대측 전극패드 및 배선을 보호층으로 일체로 피복하고, 보호층의 표면에 신틸레이터층을 형성하므로 보호층에 의해 수광부의 광전변환소자나 각 전극패드 및 배선을 확실히 보호할 수 있고, 광전변환기판의 수광부와 기판측 전극패드의 거리를 근접하여 배치하는 것이 가능해지고, 소형화 또는 수광부의 확대가 가능하다.

Claims (6)

  1. 표면측에 광전변환소자를 갖는 수광부가 설치되고, 또한 상기 수광부보다 외측에 광전변환소자와 전기적으로 접속되어 있는 기판측 전극패드가 설치된 광전변환기판;
    표면측에 상기 광전변환기판이 배치되고, 또한 상기 광전변환기판의 기판측 전극패드와 전기적으로 접속되는 기대측 전극패드가 배치된 기대;
    상기 광전변환기판의 기판측 전극패드와 상기 기대의 기대측 전극패드를 전기적으로 접속하는 배선;
    적어도 상기 기대의 표면측에 배치된 광전변환기판의 수광부 및 기판측 전극패드, 기대측 전극패드 및 배선을 일체로 피복하도록 기상성장법에 의해 형성되는 보호층; 및
    상기 보호층의 표면에 형성된 신틸레이터층을 구비하고,
    상기 배선은 신틸레이터층에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층은 절연성, 수증기 차단성, 신틸레이터층의 발광에 대한 투과성, 신틸레이터층을 구성하는 물질에 대한 내부식성을 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보호층은 파라크실리렌을 주성분으로 하는 유기물로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보호층은 탄소결정을 주성분으로 하는 무기물로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 신틸레이터층은 적어도 할로겐 화합물을 포함하는 고휘도 형광물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  6. 표면측에 광전변환소자를 갖는 수광부가 설치되고, 또한 상기 수광부보다 외측에 광전변환소자와 전기적으로 접속되어 있는 기판측 전극패드가 설치된 광전변환기판을 기대의 표면측에 배치하는 단계;
    광전변환기판의 기판측 전극패드와 기대의 표면측에 배치된 기대측 전극패드를 배선으로 전기적으로 접속하는 단계;
    적어도 기대의 표면측에 배치된 광전변환기판의 수광부 및 기판측 전극패드, 기대측 전극패드 및 배선을 기상성장법에 의해 형성되는 보호층으로 일체로 피복하는 단계; 및
    보호층의 표면에 신틸레이터층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 배선을 신틸레이터층에 매설하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기의 제조 방법.
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