KR101914133B1 - X선 디텍터 제조방법 - Google Patents

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KR101914133B1
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Abstract

본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 X선 디텍터는 섬광체 형성 시 접착제를 사용하지 않아 공정이 단축되고, 섬광체의 박리를 방지하며, 접착제층 형성에 따른 이미지 품질 저하를 막을 수 있다.
또한 섬광체를 포함하는 전체 센서모듈의 두께를 줄임으로써 입사되는 방사선의 감쇄를 줄일 수 있으며, 이미지의 해상도를 더욱 높일 수 있다.
여기에 섬광체와 센서 모듈 사이에 수광소자를 구비함으로써 응답속도 향상시키고 섬광체의 수명을 증가시키며, 제조비용을 낮출 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 X선 디텍터는 상기와 같은 특성으로 인해 의료용뿐만 아니라 내구성이 요구되는 산업용 X선 디텍터 분야에 폭넓게 사용될 수 있다.

Description

X선 디텍터 제조방법{Manufacturing method of X-ray detector}
본 발명은 의료 진단 장치, 비파괴 검사 기기 등에 사용되는 X선 디텍터, 더욱 상세하게는 상기 X선 디텍터에 포함되는 센서 모듈의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 X-선(X-ray)은 파장대 0.01 내지 10nm, 주파수대 3015 내지 3018Hz의 단파장 전자기파를 총칭하며, X-선 촬영은 X-선이 지닌 높은 투과력으로 촬영대상의 내부를 투영 표시하는 방사선사진법(radiography)을 일컫는다.
X-선 영상 시스템은 X-선을 생성하는 X-선 발생기, 피사체를 사이에 두고 X-선 발생기와 대면 배치되어 촬영대상을 통과한 X-선 감쇠량을 검출하는 X-선 디텍터(detector)를 필수 구성요소로 한다.
잘 알려진 것처럼, X-선은 물체를 투과하면서 광전효과(photoelectric effect), 콤프턴 산란(compton scattering) 등 물체의 재질, 밀도, 두께에 따른 감쇠 현상을 수반한다. X-선 영상 시스템은 촬영대상(피사체)을 통과하는 과정 중에 누적된 X-선 감쇠량을 기초로 촬영대상의 내부구조를 보이는 영상을 제공한다.
X-선디텍터는 아날로그 방식과 디지털 방식으로 구분되는데, 아날로그 방식은 X-선에 의해 빛을 발하는 X-선 증감지(X-ray intensifying screen)와 은염 필름(silver salt film)을 조합해서 X-선 증감지의 빛으로 은염 필름에 잠상을 구현한 후 은염 필름을 현상해서 촬영결과를 얻는다. 이에 따라, 아날로그 방식은 은염 필름의 현상 등을 위한 시간적, 비용적 소모가 크고 필름의 보관 및 처리상 문제를 수반하므로 점차 수요가 줄어들고 있다.
디지털 방식의 디텍터는 전기신호의 획득방식에 따라 섬광체(Scintillator)를 사용해서 가시광선에 의한 간접의 전기신호를 얻는 간접변환방식(direct conversion type)과 광전물질(photoconductors)을 사용해서 X-선으로부터 직접의 전기신호를 얻는 직접변환방식(direct conversion type)으로 나누어볼 수 있고, 전기신호를 생성하는 소자종류에 따라 전하결합소자(Charge-Coupled Device)를 이용하는 CCD 방식, 결정질 실리콘(crystalline silicon)의 CMOS 소자를 이용하는 CMOS 방식, 비정질 실리콘(Amorphous silicon)의 TFT(Thin Film Transistor) 기판을 이용하는 a-Si 방식으로 구분될 수 있다.
간접변환방식 디텍터의 섬광체로 많이 쓰이는 형광체는 산황화가돌리늄(Gadolinium oxysulfide, GOX, Gadox)과 요오드화세슘(Cesium iodide, CsI)을 들 수 있다. 요오드화세슘의 경우, X선 입사 후 가시광으로 변환할 때 광퍼짐 현상을 억제할 수 있어 고해상도 구현에 장점을 가지고 있으나, 높은 잔광(afterglow, 0.3%_과 방사선 손실(radiation damage, 13.5%)을 보이는데, 이는 이미지 품질과 신호 대비 잡음비를 떨어뜨리는 요인이 된다.
이에 반해 산황화가돌리늄 섬광체는 비교적 높은 광출력값을 가지며, 낮은 잔광 및 방사선 손실값을 가지며, 무엇보다도 요오드화세슘에 비해 20 내지 30% 가량 저렴한 장점이 있으나, 입자의 결정상이 봉침형이 아닌 육각기둥 또는 원형으로 빛의 퍼짐 현상이 많아 이미지 정보 전달 효율이 떨어지고, 두께 증가에 따른 감도를 높이기 어려운 단점이 있다.
따라서 섬광체에 산황화가돌리늄을 사용하는 경우, 빛의 퍼짐현상을 줄여 이미지 해상도를 높이기 위해 섬광체를 포함하는 전체적인 센서 모듈의 두께를 줄여야 하나, 감도가 떨어지는 단점을 가지게 된다. 또한 센서 모듈에 섬광체를 접합하기 위해 접착제를 사용하여야 하나, 접착층 형성에 따른 공정 추가, 섬광체와 센서 모듈과의 밀착 불량에 따른 박리가 발생할 수 있으며, 이외에도 기포 형성에 따른 광의 산란으로 인한 이미지 품질 저하 등의 단점이 발생하는 실정이다.
대한민국 등록특허 10-1202787 (2012년 11월 13일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 센서모듈 제조 시 섬광체의 주성분으로 산황화가돌리늄(gadolinium oxysulfide, Gd2O2S:Tb)을 사용하되, 상기 산황화가돌리늄의 단점인 빛의 퍼짐현상을 줄이기 위해 센서모듈과 섬광체의 두께를 줄임과 동시에 산황화가돌리늄을 포함하는 섬광체 조성물을 센서모듈에 직접 형성하는 것을 특징으로 하는 X선 디텍터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 섬광체와 센서모듈 사이에 수광소자를 구비함으로써 섬광체와 수광소자의 응답속도를 줄이고 섬광체의 수명을 향상시킨 X선 디텍터의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 X선 디텍터 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태는
a) 가돌리늄 화합물을 포함하는 섬광체 조성물을 준비하는 단계;
b) 반도체판이 구비된 센서모듈에 격벽을 부착하는 단계;
c) 상기 센서모듈과 격벽이 이루는 공간에 상기 섬광체 조성물을 도포하는 단계;
d) 상기 섬광체 조성물을 경화하는 단계; 및
e) 상기 격벽을 제거하는 단계;
를 포함하는 X선 디텍터 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 섬광체 조성물은 0.1 내지 0.5㎜ 두께로 도포할 수 있으며, 상기 d) 단계는 60 내지 120℃에서 30 내지 120분간 수행할 수 있다. 또한 상기 반도체판은 0.4 내지 0.6㎜의 두께를 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 센서모듈은 와이어본딩 부분에 구리, 금, 은, 철, 납, 백금, 텅스텐, 비스무트, 탄탈 및 몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속을 포함하는 차폐부를 더 구비할 수 있으며, 상기 반도체판은 상기 섬광체 조성물의 적층면에 광전변환소자를 더 구비할 수도 있다.
또한 상기 섬광체 조성물은 산황화가돌리늄 80 내지 95 중량% 및 고분자 수지 5 내지 20 중량%를 포함할 수 있으며, 상기 산황화가돌리늄은 전체 100 중량% 중 인듐, 탈륨, 리튬, 칼륨, 루비듐, 나트륨, 지르코늄 및 세륨에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속이 5 내지 20 중량% 도핑될 수 있다. 여기에 상기 섬광체 조성물은 요오드화나트륨, 브롬화탈륨, 염화탈륨 및 불화탈륨에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 활성화제가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 X선 디텍터는 섬광체 형성 시 접착제를 사용하지 않아 공정이 단축되고, 섬광체의 박리를 방지하며, 접착제층 형성에 따른 이미지 품질 저하를 막을 수 있다.
또한 섬광체를 포함하는 전체 센서모듈의 두께를 줄임으로써 입사되는 방사선의 감쇄를 줄일 수 있으며, 이미지의 해상도를 더욱 높일 수 있다.
여기에 섬광체와 센서 모듈 사이에 수광소자를 구비함으로써 응답속도 향상시키고 섬광체의 수명을 증가시키며, 제조비용을 낮출 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 X선 디텍터는 상기와 같은 특성으로 인해 의료용뿐만 아니라 내구성이 요구되는 산업용 X선 디텍터 분야에 폭넓게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 X선 디텍터의 센서 모듈이다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 모듈의 제조 공정 중, 격벽이 부착된 센서 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 X선 디텍터의 제조 공정 단면도이다.
이하 구체예들을 참조하여 본 발명에 따른 X선 디텍터 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 구체예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다.
따라서 본 발명은 이하 제시되는 구체예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 구체예들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 기재된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명에서 용어 ‘금속판’은 전자 소자, 회로, 접착층, 전극, 부동태화층(passivation layer) 등을 접합할 수 있는 기반(base)로서, 본 발명에서는 금속 재질의 판상 기판을 의미한다.
본 발명에서 용어 ‘반도체판’은 빛을 감지하여 그 세기의 정도를 디지털 영상 데이터로 변환할 수 있는 일종의 이미지 센서로, 감지된 빛을 유입량에 따라 전하량으로 변환하며, 변환된 전하량을 아날로그 신호 형태인 전압으로 다시 변경하여 인쇄회로기판으로 전달하는 부분을 뜻하며, 주로 상보적 금속 산화물 반도체(Complementary metal oxide semiconductor, CMOS)를 포함한다.
본 발명에서 용어 ‘패키징’은 반도체와 기기를 연결하기 위해 전기적으로 포장하는 공정을 말하는 것으로, 본 발명에서는 금속 기판의 전자 소자를 접합하기 위한 일련의 공정 및 전자 소자가 접합된 금속 기판 자체를 모두 포함하는 의미를 가진다.
본 발명에서 용어 ‘수광소자’는 섬광체를 통해 변환된 가시광선을 전기적 신호로 변환하는 층을 의미한다.
본 발명에서 상기 X선 디텍터의 설명 시, 방향의 기준은 센서모듈을 기준으로 한다. 즉, 상기 센서모듈에서 금속기판의 노출면 중 전자소자가 적층된 면과 반대면이 향하는 쪽을 상방향, 상기 상방향과 반대 방향을 하방향으로 정한다.
본 발명에 따른 X선 디텍터는 도 1과 같이 내부에 기판(110), 인쇄회로기판(120), 반도체판(130) 및 섬광체(140)가 순서대로 적층되어 형성될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 X선 디텍터 제조방법을 각 구성요소 별로 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서 상기 센서모듈(100)은 방사선원(radiation source)으로부터 방사선을 받아 영상을 획득하고, 케이블을 통해 이를 외부로 송신하는 부분을 통칭하는 것으로, 인쇄회로기판과 반도체판을 수용하는 기판(110), 상기 금속판의 일면에 접착되어 구비되며, 촬상소자 및 방사선 영상을 외부로 송신하기 위하여 외부에서 들어온 케이블과 연결되는 접속단자 등을 포함하는 인쇄회로기판(120), 상기 금속판의 타면에 적층되며 섬광체를 통과한 가시광선에 의해 발생된 전자를 전압으로 바꾸어 출력시키는 반도체판(130), 더 상세하게는 상보성 금속산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor)가 적층되며, 상기 반도체판의 일면에는 방사선이 부딪침으로써 섬광을 발하여 방사선을 검출할 수 있는 섬광체(scintillator, 140)가 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 기판(110)은 당업계에서 반도체 패키징 등에 통상적으로 사용되며 충분한 강도와 경박단소가 가능한 두께로 형성 가능한 금속 또는 유기, 무기 재질의 것이라면 종류에 한정하지 않는다.
상기 기판의 재질 중 유기재료로 바람직하게는 셀룰로오스아세테이트 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리아미드 필름, 폴리이미드필름, 트리아세테이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 탄소 섬유 강화 수지 시트 등의 고분자 필름을 들 수 있다.
상기 기판의 재질 중 무기재료로 바람직하게는 석영, 붕규산 유리, 화학적 강화 유리 등의 유리로 이루어지는 판유리; 사파이어, 요오드화규소, 탄화규소 등의 세라믹으로 이루어지는 세라믹 기판을 들 수 있다.
상기 기판의 재질 중 금속으로 바람직하게는 알루미늄, 코바(kovar)강(니켈-철-코발트 합금), 인바(invar)강(니켈-철 합금), 마그네슘, 티타늄, 구리 등에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 합금일 수 있다.
상기 기판은 방사선의 입사 방향에 따라 재질을 달리할 수 있다. 일예로 기판에서 섬광체 방향으로 방사선을 입사시킬 경우, 기판의 재료로는 세라믹 또는 유기 필름과 같이 투과성이 높은 재료가 바람직하며, 섬광체에서 기판 방향으로 방사선을 입사시키는 경우, 방사선의 투과를 막기 위해 차폐성을 가지는 금속 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
특히 상기 기판이 금속재질인 경우, 열전도도가 높아 우수한 열방출 성능을 가지며, 필요에 따라 판 형상 및 웨이퍼 형상 등 임의의 형상으로 성형이 가능하며, 인쇄회로 기술 및 반도체 공정 등의 적용이 가능하다.
상기 기판은 제조 목적 및 최종 완성 제품의 크기 및 형태에 따라 다양한 크기 및 두께를 가질 수 있으며, 일예로 0.01 내지 50㎜의 두께를 가질 수 있고, 필요에 따라 상기 범위보다 더 얇거나 두꺼운 두께를 가져도 무방하다. 크기 역시 본 발명에서 한정하지 않으나, 10㎝ ×10㎝ 이상의 대면적 기판을 사용할 수 있다.
상기 기판은 필요에 따라 표면에 산화물층을 형성할 수도 있다. 상기 산화물층은 전자 소자가 실장될 구역을 제외하고 상기 기판의 테두리를 따라 형성되되, 상기 금속기판은 테두리 끝면 모서리로부터 일정 폭의 간격을 두고 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 인쇄회로기판(120)은 기판의 일면에 적층되는 것으로, 구리 포일(Cu foil)과 여러 고분자 소재로 이루어진 절연체 판에 광소자, 수동소자, 패드, PA(Power Amplifier), LNA(Low noise Amplifier), 페이스 시프터(phase shifter), 믹서, 오실레이터, VCO(Voltage Controlled Oscillator) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 전자소자들이 실장된 형태일 수 있다.
상기 인쇄회로기판에 전자소자들을 실장하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용하는 다양한 방법을 적용하여 실시할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 전자 소자에는 구리, 금 또는 은 등의 도전성 금속으로 이루어진 전극이 일면에 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 반도체판(130)은 빛을 감지하여 그 세기의 정도를 디지털 영상 데이터로 변환할 수 있는 일종의 이미지 센서로, 영상을 획득하기 위한 유효영역 내에 횡방향과 열방향을 따라 다수의 화소(active pixel)가 배치될 수 있다.
상기 화소는 포토다이오드와 같은 광전변환소자와 스위칭소자가 포함될 수 있어 입사된 광을 전기적 신호로 변환 및 전송할 수 있다. 이때 더 상세하게는 스위칭소자는 상보성 금속산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)나 박막 트랜지스터(Thin Film Transisto, TFT)와 같은 트랜지스터류가 포함될 수 있다.
상기 반도체판은 두께를 한정하는 것은 아니나, 전체 X선 디텍터의 두께를 줄이기 위해 0.4 내지 0.6㎜인 것이 바람직하다. 특히 X선이 반도체판을 거쳐 섬광체로 전달되는 경우 상기 범위를 유지하는 것이 디텍터의 기계적 물성을 유지하면서도 방사선의 감쇄를 줄일 수 있어 더욱 바람직하다.
본 발명에서 상기 섬광체(140)는 X선, 감마선, 전자선, 중성자선 등의 이온화 방사선을 가시광선 파장영역의 빛으로 변환해 주는 방사선 센서로, 도면에는 도시되지 않았으나, 크게 섬광체층 및 양자점이 혼합된 활성층이 포함될 수 있다. 섬광체에 의해 획득된 방사선 정보는 일련의 처리과정을 통하여 방사선 영상으로 획득될 수 있다.
본 발명에서 상기 섬광체는 내부의 활성층과, 상기 활성층에 혼합된 양자점의 물질에 따라 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 상기 섬광체에 사용될 수 있는 물질로 예를 들면, 활성층의 물질로 P3HT:PCBM을 사용하고, 양자점의 물질로 CdSe를 사용하였을 때 Nal:TI, Csl:TI, Y3Al5O12:Ce, CdWO4, LuAG:Ce, Gd2O2S:Tb 등이 사용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 산황화가돌리늄(Gd2O2S:Tb)을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 센서모듈을 이루는 각 구성인 금속판, 인쇄회로기판, 반도체판 및 섬광체는 각각을 접합하기 위해 다양한 수단을 적용할 수 있으며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 그 방법을 한정하지 않는다.
상기 센서모듈을 제조하는 방법으로 더욱 상세하게는,
a) 가돌리늄 화합물을 포함하는 섬광체 조성물을 준비하는 단계;
b) 반도체판이 구비된 센서모듈에 격벽을 부착하는 단계;
c) 상기 센서모듈과 격벽이 이루는 공간에 상기 섬광체 조성물을 도포하는 단계;
d) 상기 섬광체 조성물을 경화하는 단계; 및
e) 상기 격벽을 제거하는 단계;
를 포함하여 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기 섬광체 조성물은 가돌리늄 화합물과 상기 가돌리늄을 분산하는 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 섬광체 조성물은 여러 공지의 형광체 재료, 일예로 CsI, Lu2O2S, Y2O2S, LaCl3, LaBr3, LaI3, CeBr3, CeI3, LuSiO5, Gd2O2S 등을 사용할 수 있으나, 이 중 가돌리늄 화합물을 사용하는 것이 높은 광출력값을 가지며, 낮은 잔광 및 방사선 손실 측면에서 바람직하다.
상기 가돌리늄 화합물은 구상, 편평상, 또는 막대상 등의 입자로 이루어지는 분말인 것이 바람직하다. 가돌리늄 화합물의 평균입자 지름(Dp)은 충분한 발광 효율이 얻어지며, 또한 셀 내로의 충전이 용이한 점에서 0.1 내지 25㎛인 것이 바람직하다.
상기 고분자 수지는 광투과성이 높은 재료가 형광체로부터 방사된 광을 잘 통과시켜 휘도가 높아지므로 바람직하다. 본 발명에 있어서의 고분자 수지의 광 투과율이란 두께 30㎛의 고분자 수지로 이루어지는 막에 파장 550㎚의 광을 조사했을 경우의 투과율을 말한다. 고분자 수지의 광 투과율은 50% 이상인 것이 바람직하고, 70 내지 100%가 보다 바람직하다.
상기 고분자 수지의 바람직한 일예로는 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 부티랄 수지, 폴리아미드 수지, 실리콘 수지 및 에틸셀룰로오스 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수지가 바람직하다.
본 발명에서 상기 섬광체 조성물은 산황화가돌리늄 80 내지 95 중량% 및 고분자 수지 5 내지 20 중량%을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 휘도가 저하되지 않으며, 광의 산란을 억제할 수 있어 해상도를 높일 수 있어 바람직하다.
상기 섬광체 조성물은 상기 가돌리늄 화합물과 고분자 수지 이외에도 터피네올, γ-부티로락톤 등의 유기용매나, 상기 고분자 수지를 경화시키기 위한 촉매, 경화 촉진제, 광경화제, 개시제 등의 첨가제를 더 포함하여도 무방하다.
또한 상기 산황화가돌리늄은 발광특성을 더욱 높이기 위해 하나 이상의 금속 성분을 도핑할 수 있다.
상기 금속 성분 또는 금속 착물은 상기 산황화가돌리늄의 도펀트 재료로, 이들의 일예로는 인듐, 탈륨, 리튬, 칼륨, 루비듐, 나트륨, 지르코늄 및 세륨에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속원자를 들 수 있다. 특히 이들 중 세륨을 도펀트 재료로 사용하는 것이 빠름 감쇠 시간, 좋은 에너지 분해능, 높은 섬광량 등을 발현할 수 있어 바람직하다.
상기 금속성분은 산황화가돌리늄 100 중량% 대비 5 내지 20 중량%가 도핑되는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 빠른 형광 감쇠 시간과 좋은 에너지 분해능을 발현할 수 있다.
또한 상기 섬광체 조성물은 발광효율을 높이기 위해 하나 이상의 활성화제를 더 포함할 수도 있다. 상기 활성화제의 일예로는 요오드화나트륨, 브롬화탈륨, 염화탈륨 및 불화탈륨에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 들 수 있으며, 상기 물질들은 임의의 몰비로 혼합하는 것이 좋다.
다음으로 상기 섬광체 조성물과는 별개로 반도체판이 구비된 센서모듈에 격벽을 부착할 수 있다. 상기 격벽은 상기 센서모듈과 결합되어 상기 섬광체 조성물을 수용하고, 이를 경화시켜 섬광체층을 형성하기 위한 일종의 형틀을 의미한다.
상기 격벽은 도 2와 같이 센서모듈의 측면을 감싸는 형태로 구비되되, 측면 중 와이어본딩과 가까운 측면을 제외한 나머지 부분을 감싸도록 밀착하며, 상기 반도체판의 섬광체가 적층되는 면 방향으로 돌출되도록 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 반도체판이 밑면을 이루고, 상기 격벽이 측면을 이루는 일종의 금형을 형성할 수 있다.
상기 격벽은 상기 섬광체 조성물을 경화한 후에 제거되어야 하므로, 쉽게 분리되는 재질을 사용하는 것이 좋다. 일예로, 금속, 유리, 강화유리 등의 무기 재질 이외에도 아크릴, 폴리염화비닐 등의 유기 재질을 모두 포함할 수 있으며, 바람직하게는 강화유리이거나, 섬광체 조성물과의 이형성과 가공성이 우수한 폴리염화비닐계 재질인 것이 좋다.
상기 센서모듈은 상기와 같이 기판의 일면에 인쇄회로기판이, 타면에 반도체판이 적층된 것으로, 센서모듈을 형성하기 위해 접착제를 이용하여 기판에 반도체판과 인쇄회로기판을 접착할 수 있다.
상기 접착제는 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 종류에 한정하지 않으나, 층간 박리를 억제하기 위해 실리콘계 접착제를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 상세하게는 상기 실리콘계 접착제는 센서모듈을 이루는 각 구성의 열팽창계수를 고려하여 하기 식 1 내지 3을 만족하는 것이 바람직하다.
[식 1]
1,200 ≤ 점도(cP) ≤ 1,800
[식 2]
휘발성 응축 질량 ≤ 0.01 중량%
[식 3]
총 질량 손실 ≤ 0.05 중량%
(상기 식 1은 경화 전 측정된 값이고, 상기 식 2 및 3은 경화 후 측정된 값이며, 상기 식 1은 ASTM D1084, 상기 식 2와 3은 ASTM E595의 시험 방법으로 측정된 것이다.)
본 발명에서 상기 조건들을 만족하는 실리콘계 접착제로 예를 들면 폴리실록산계로 상품명 CV4-2500 A, B, CV-2946 A(이상 Nusil 사), CHO-BOND 1024(Parker Chomerics 사), DC 93-500(Dow corning) 등을 들 수 있다. 특히 상기 실리콘 접착제로 상기 CV4-2500를 사용하는 경우, CV4-2500 A와 CV4-2500 B 모두를 사용하는 것이 좋다. 이때 상기 CV4-2500 A와 CV4-2500 B의 혼합비는 1 : 1인 것이 작업성 및 경화 조건 만족, 접착 강도 측면에서 바람직하다.
또한 상기 센서모듈은 X선이 입사되는 순서를 변경하기 위해, 더욱 상세하게는 섬광체층보다 광전변환소자가 먼저 X선을 받도록 반도체층의 기판과의 접합 위치를 변경할 수 있다. X선의 입사방향이 섬광체가 아닌 반도체판, 반도체판에서도 발광소자에 먼저 빛이 입사하고, 그 빛이 다시 섬광체로 입사하도록 구비할 수 있다. 이는 반도체판의 얇은 두께 때문에 방사선의 감쇄를 상대적으로 줄이면서도, 발광소자가 섬광체보다 먼저 빛을 받는 경우 섬광체를 통해 X선을 가시광선으로 돌리는 경우보다 응답속도가 더 빠르므로 신속한 이미지 생성이 가능하다. 또한 섬광체가 X선을 직접 받지 않으므로 X선에 의한 섬광체의 손실을 줄일 수 있다.
여기에 상기 센서모듈은 도 3과 같이 섬광체 조성물의 경화열에 의한 와이어본딩의 손상을 방지하기 위해 와이어본딩 부분에 차폐부(300)를 더 구비할 수 있다.
상기 차폐부는 섬광체 조성물의 경화열이 와이어본딩과 와이어본딩 주변의 회로단으로 전달되는 것을 차단하고, 동시에 섬광체 형성 후에도 차폐부를 제거하지 않고 구비하여 디텍터 외부로의 방사선 입사를 차단할 수 있다.
상기 차폐부는 열과 방사선을 차폐 및 흡수할 수 있는 물질이라면 종류에 한정치 않고 사용 가능하며, 일예로, 구리, 금, 은, 철, 납, 백금, 텅스텐, 비스무트, 탄탈 및 몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속을 들 수 있다. 또는 상기 금속 이외에도 유리 또는 세라믹 등을 사용하여도 무방하다.
상기 차폐부는 제조방법을 한정하지 않으며, 일예로 유기 성분과 상기 금속 또는 세라믹을 포함하는 무기 분말을 용매에 분산한 페이스트를 기판에 도포 및 건조하여 도포막을 형성하고 이를 소성함으로써 제조할 수 있다.
다음으로, 상기 격벽이 센서모듈에 구비되면, 상기 섬광체 조성물을 센서모듈과 격벽이 이루는 금형에 부어 섬광체층을 형성할 수 있다. 상기와 같이 섬광체 조성물을 격벽이 이루는 금형에 맞게 부은 후, 이를 경화함으로써, 상기 섬광체층과 반도체판을 접착하기 위해 다른 접착제나 필름을 사용할 필요가 없어 접착층 형성에 따른 공정 추가가 발생하지 않아 경제적이며, 섬광체와 센서 모듈과의 밀착 불량에 따른 박리가 발생하지 않으며, 접착층의 기포 형성에 따른 광의 산란으로 인한 이미지 품질 저하 등의 단점을 해소할 수 있다.
상기 섬광체 조성물은 빛의 퍼짐 현상에 따른 이미지 전달 효율 감소를 억제하기 위해 조성물의 도포 두께를 조절하는 것이 바람직하며, 좋게는 0.1 내지 0.5㎜의 두께로 도포하는 것이 좋다. 상기 범위에서 섬광체의 기계적인 물성을 유지할 수 있으며, 동시에 빛의 퍼짐 현상을 억제할 수 있다.
섬광체 조성물을 센서 모듈에 도포한 후, 이를 경화하여 섬광체를 센서 모듈에 접합 및 형성할 수 있다. 즉, 섬광체의 형성과 접합을 동시에 진행함으로써 섬광체를 접합함에 있어 접착제와 같은 접착 수단을 사용할 필요가 없어 경제적이고, 접착제 내부의 기포에 따른 X선의 산란 우려가 없으며, 열에 의한 박리가 발생하지 않아 높은 내구성을 획득할 수 있다.
상기 섬광체 조성물을 경화하기 위한 조건은 섬광체에 혼합된 고분자 수지의 경화조건 및 함량에 따라 다를 수 있으나, 바람직하게는 60 내지 120℃에서 30 내지 120분간 열경화를 수행하는 것이 좋다. 상기 조건을 벗어나는 경우 섬광체가 제대로 경화되지 않거나, 열에 약한 와이어본딩이나 회로단에 손상이 가해질 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기와 같이 섬광체 조성물을 경화한 후에는 격벽을 제거하여 센서 모듈을 완성할 수 있으며, 본 발명은 상기 센서 모듈을 포함하는 X선 디텍터의 제조방법을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 X선 디텍터는 상기 센서 모듈과, 센서 모듈을 외부에서 감싸는 상부하우징 및 하부하우징, 상기 센서 모듈과 외부 제어부를 연결하는 케이블을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 하우징은 상기 센서모듈 및 센서모듈과 연결되는 케이블을 외부의 충격이나 수분으로부터 보호하기 위한 것으로, 상기 센서모듈의 상면과 측면 일부를 덮는 상부하우징과 센서모듈의 하면 및 측면 일부를 덮는 하부하우징을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 상부하우징은 외부 환경과 직접 노출되므로, 방수 또는 발수특성을 가짐과 동시에 그 자체로도 타액 등의 수분 또는 외부 충격으로부터 저항성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 사용 시 구강 피부와 직접 접촉되므로 환자에게 이물감이나 통증이 전해지지 않도록 고분자 수지와 같이 일정 이상의 유연성을 갖는 소재가 상기 금속 재질의 외부에 코팅된 형태를 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 상부하우징의 재질로 예를 들면 알루미늄과 같이 일정 이상 연성이 있어 가공이 쉬운 금속을 포함할 수 있으며, 필요에 따라 상기 알루미늄 하우징의 표면에 실란, 실라잔, 실록산 등과 같은 실리콘류; 우레탄류; 천연고무(natural rubber); 부틸고무, 클로로프렌고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 실리콘고무, 아크릴고무, 스티렌부타디엔고무, 부타디엔고무 등의 합성고무; 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰 등의 기타 고분자 수지에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자 재질이 코팅될 수 있다. 상기 재질들은 내후성, 내산성, 수밀성이 우수하고 유연성을 가져 외부로부터 전해지는 충격을 흡수함과 동시에 센서 내부로의 수분 침투를 막고, 환자에게 이물감이나 통증을 적게 전달하는 효과를 가진다.
상기 하부하우징은 상기 상부하우징과 동일하게 외부 환경과 직접 노출되므로, 방수 또는 발수특성을 가짐과 동시에 그 자체로도 타액 등의 수분 또는 외부 충격으로부터 저항성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 사용 시 구강 피부와 직접 접촉되므로 환자에게 이물감이나 통증이 전해지지 않도록 고분자 수지와 같이 일정 이상의 유연성을 갖는 소재가 상기 금속 재질의 외부에 코팅된 형태를 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 하부하우징의 재질로 예를 들면, 알루미늄과 같이 일정 이상 연성이 있어 가공이 쉬운 금속을 포함할 수 있으며, 필요에 따라 상기 알루미늄 하우징의 표면에 실란, 실라잔, 실록산 등과 같은 실리콘류; 우레탄류; 천연고무(natural rubber); 부틸고무, 클로로프렌고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 실리콘고무, 아크릴고무, 스티렌부타디엔고무, 부타디엔고무 등의 합성고무; 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰 등의 기타 고분자 수지에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자 재질이 코팅될 수 있다. 상기 재질들은 내후성, 내산성, 수밀성이 우수하고 유연성을 가져 외부로부터 전해지는 충격을 흡수함과 동시에 센서 내부로의 수분 침투를 막고, 환자에게 이물감이나 통증을 적게 전달하는 효과를 가진다.
또한 상기 상부하우징 또는 하부하우징이 금속으로 이루어진 경우, 습기나 산소에 의한 산화를 방지하기 위해 표면에 산화방지막을 형성하는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는 상기 상부하우징이나 하부하우징이 알루미늄, 마그네슘, 아연, 티타늄, 탈륨, 하프늄, 니오븀 등의 금속으로 이루어진 경우, 하우징 표면에 아노다이징(Ano-dizing)을 거친 산화피막을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 상부하우징과 하부하우징은 접합 방법을 한정하지 않으나, 접합면으로 타액과 같은 수분이 침투할 수 있으므로 수밀성 또는 발수성을 가지는 접착제를 접촉면에 도포하여 접합하는 것이 바람직하다. 이때 상기 접착제는 본 발명에서 한정하지 않으나, 에폭시, 불포화폴리에스터, 폴리이미드 등의 열경화성 수지나 폴리도파민과 같은 동물성 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 케이블은 상기 상부하우징 또는 하부하우징의 일면에 구비될 수 있으며, 상기 케이블을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 케이블하우징을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 케이블하우징은 상기 상부하우징과 마찬가지로 방수 또는 발수특성을 가짐과 동시에 내후성이 우수하고 유연성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 좋게는 실란, 실라잔, 실록산 등과 같은 실리콘류; 우레탄류; 천연고무(natural rubber); 부틸고무, 클로로프렌고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌고무, 실리콘고무, 아크릴고무, 스티렌부타디엔고무, 부타디엔고무 등의 합성고무; 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰 등의 기타 고분자 수지에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자 재질로 이루어지는 것이 좋다.
다만 상기 케이블하우징은 케이블을 수용하기 위한 관통공이 구비되기 때문에 상기 관통공과 케이블 사이에 틈이 발생하여 수분이 침투할 수도 있으므로, 관통공과 케이블 사이에는 유연성이 높은 재질의 필러를 삽입하거나 본딩하여 방수 처리하는 것이 바람직하다. 이때 상기 필러는 본 발명에서 한정하지 않으나 실리콘과 같은 성형성과 수밀성이 우수한 재질을 포함하는 것이 좋다.
상기 케이블은 상기 센서모듈로부터 수득된 영상을 외부로 전송하기 위하여 구비되는 것으로, 상기 케이블하우징, 제1케이블홀 및 제2케이블홀을 관통하여 상기 센서모듈과 직접 연결될 수 있다.
상기 케이블은 전기적 신호를 전송하는 도선과, 이 도선을 감싸는 절연물질을 포함할 수 있다. 이때 상기 절연물질은 실리콘이나 우레탄과 같이 외부하우징과 동일한 계열의 물질로 이루어진 것이 바람직하며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 완성된 센서 모듈을 구비한 X선 디텍터는 기존의 산황화가돌리늄을 섬광체로 사용한 X선 디텍터에 비해 얇은 두께를 가짐으로써 입사되는 방사선의 감쇄를 줄이고, X선의 산란을 방지하여 이미지의 해상도를 더욱 높일 수 있으며, 섬광체와 센서모듈 사이에 수광소자를 구비하여 응답속도를 높이고 섬광체의 수명을 증가시킬 수 있다.
여기에 섬광체 조성물을 센서모듈에 직접 도포하고 이를 경화함으로써, 접착제를 사용하지 않아 공정 및 제조비용이 단축되고, 섬광체의 박리를 방지할 수 있으며, 접착제층 형성에 따른 이미지 품질의 저하를 막을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 센서모듈
110 : 금속판
120 : 인쇄회로기판
130 : 반도체판
131 : 광전변환소자
140 : 섬광체
200 : 격벽
300 : 차폐부

Claims (9)

  1. a) 산황화가돌리늄 80 내지 95 중량% 및 고분자 수지 5 내지 20 중량% 섬광체 조성물을 준비하는 단계;
    b) 반도체판과, 와이어본딩 부분에 구리, 금, 은, 철, 납, 백금, 텅스텐, 비스무트, 탄탈 및 몰리브덴에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속을 포함하는 차폐부가 구비된 센서모듈에 격벽을 부착하는 단계;
    c) 상기 센서모듈과 격벽이 이루는 공간에 상기 섬광체 조성물을 도포하는 단계;
    d) 상기 섬광체 조성물을 경화하는 단계; 및
    e) 상기 격벽을 제거하는 단계;
    를 포함하며, 상기 산황화가돌리늄은 인듐, 탈륨, 리튬, 칼륨, 루비듐, 나트륨, 지르코늄 및 세륨에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속이 산황화가돌리늄 100 중량% 대비 5 내지 20 중량% 도핑되고,
    상기 섬광체 조성물에 요오드화나트륨, 브롬화탈륨, 염화탈륨 및 불화탈륨에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 활성화제를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 디텍터 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 섬광체 조성물은 0.1 내지 0.5㎜ 두께로 도포하는 것인 X선 디텍터 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 d) 단계는 60 내지 120℃에서 30 내지 120분간 수행하는 것인 X선 디텍터 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체판은 0.4 내지 0.6㎜의 두께를 갖는 것인 X선 디텍터 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체판은 상기 섬광체 조성물의 적층면에 광전변환소자를 구비하는 것인 X선 디텍터 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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