KR102207724B1 - 엑스선 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광전변환소자가 일면에 형성되고 상기 광전변환소자와 전기적으로 연결된 패드를 포함하는 광전변환기판과; 상기 광전변환기판의 일면 상에 위치하고, 부품소자와 상기 패드와 전기적으로 연결되는 연결단자를 포함하는 구동기판과; 상기 구동기판과 상기 광전변환기판 사이에 위치하는 형광체를 포함하는 X선 센서를 제공한다.

Description

엑스선 센서{X-ray sensor}
본 발명은 X선 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 휘는 특성을 갖는 X선 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 치과에서는 구강 내의 치열이나 잇몸에 박혀있는 치아의 박힘 정도를 확인하고 잇몸 질환을 정확히 판단하여 치료효과를 높이기 위한 측면에서, 구강 내(intraoral: I/O) X선 센서를 이용하여 구강 내 촬영을 행하게 된다.
도 1은 종래의 I/O X선 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, I/O X선 센서(10)는 간접 변환 방식의 센서로서, 광전변환기판(20)과, 광전변환기판(20)의 상부에 위치하는 형광체(30)와, 광전변환기판(20)의 하부에 위치하는 구동기판(40)과, 형광체(30) 상부 및 구동기판(40) 하부에 각각 위치하는 외부케이스(51, 52)를 포함한다.
이와 같은 X선 센서(10)에 대해, 상부 측에서 X선이 조사되면, 해당 X선은 형광체(30)에서 가시광선으로 변환되고, 이와 같이 변환된 가시광선은 광전변환기판(20)에 입사된다. 광전변환기판(20)은 입사된 가시광선에 따라 전기적 신호를 발생시키고, 발생된 전기적 신호를 독출하여 X선 영상을 획득하게 된다.
이와 같은 종래의 X선 센서(10)는 구조적으로 휘는 특성을 갖지 못하고 딱딱한 특성을 갖게 된다.
이와 관련하여, 광전변환기판(20)으로서 CMOS 기판은 대략 780um의 매우 두꺼운 두께를 갖게 되어 휘는 특성(즉, 플렉서블(flexible)하거나 벤더블(bendable)한 특성)을 갖지 못하게 된다. 그리고, 구동기판(40)으로서 딱딱한 특성의 PCB(printed circuit board)가 사용되며, 대략 900um의 두꺼운 두께를 갖게 된다. 또한, 구동기판(40)의 배면에 실장된 부품소자(41)는 광전변환기판(20)과 중첩되는 위치에 놓여지게 되어, 센서(10)의 두께 증가를 유발하게 된다.
이처럼, 종래의 X선 센서(10)에 사용되는 주요 부품은 딱딱한 특성을 갖고 있고, X선 센서(10)는 4.0mm 이상의 두꺼운 두께를 갖게 되므로, X선 센서(10)는 휘지 못하고 딱딱한 상태를 갖게 된다.
이에 따라, 해당 X선 센서(10)를 구강 내에 삽입하여 X선 촬영을 수행하는 경우에, 환자는 상당한 이물감과 불편감을 느끼게 된다. 즉, 구강 내의 인체 조직은 곡면을 이루게 되는데, X선 센서(10)는 딱딱한 특성을 갖게 되므로, X선 센서(10) 삽입에 따른 이물감과 불편감이 유발된다.
또한, 보다 정확한 X선 촬영을 위해서는 X선 센서(10)를 구강 내 원하는 위치에 안정적으로 고정시킬 필요가 있는데, 딱딱한 특성으로 인해 X선 센서를 안정적으로 고정시키는 것이 용이하지 않아 원하는 영상을 획득하는 것에 어려움이 있다.
또한, 종래의 X선 센서(10)에서는, 구동기판(40)과 광전변환기판(20)의 패드(21)는 와이어(60)를 사용한 일반적인 와이어 본딩 방식으로 연결되는데, 이에 따라 신뢰성과 내구성에서 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 휘는 특성을 갖는 X선 센서를 구현하여 환자의 편의성을 향상시키고 보다 고품위의 촬영 영상을 손쉽게 획득하는 것에 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 광전변환소자가 일면에 형성되고 상기 광전변환소자와 전기적으로 연결된 패드를 포함하는 광전변환기판과; 상기 광전변환기판의 일면 상에 위치하고, 부품소자와 상기 패드와 전기적으로 연결되는 연결단자를 포함하는 구동기판과; 상기 구동기판과 상기 광전변환기판 사이에 위치하는 형광체를 포함하는 X선 센서를 제공한다.
여기서, 상기 구동기판은 상기 광전변환기판과 중첩되는 제1영역과, 상기 제1영역 외측의 제2영역을 포함하고, 상기 부품소자는 상기 제2영역에 실장될 수 있다.
상기 패드는 상기 구동기판과 마주보는 상기 광전변환기판의 일면에 형성되고, 상기 연결단자와 부품소자는, 상기 광전변환기판과 마주보는 상기 구동기판의 일면에 위치하며, 상기 연결단자와 상기 패드는 플립칩 본딩 방식으로 연결될 수 있다.
상기 광전변환기판은 100um 이하의 두께를 가지며, 상기 X선 센서는 3mm 이하의 두께를 갖게 되어, 상기 X선 센서는 휘는 특성을 갖게 될 수 있다.
X선은 상기 광전변환기판의 타면 측으로부터 입사되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광전변환기판의 일부를 제거하여 그 두께를 감소시키고, 구동기판을 광전변환기판의 전면측에 배치하고 부품소자를 광전변환기판과 중첩되지 않도록 외측에 구성하게 된다.
이에 따라, X선 센서의 두께 또한 감소되어, X선 센서는 휘는 특성을 발휘할 수 있게 된다. 이와 관련하여 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 X선 센서는 대략 3mm 이하의 두께를 갖도록 구성되며, 이에 따라 X선 센서는 휘는 특성을 갖게 된다.
이로 인해, 구강 내에 X선 촬영에 있어, 환자의 이물감과 불편감을 완화시킬 수 있으며, 영상의 정확도가 향상될 수 있게 된다.
또한, 배면 조사 방식으로 X선 촬영을 수행할 수 있게 됨에 따라, 광감도와 해상도 특성이 향상될 수 있게 된다.
또한, 광전변환기판과 구동기판을 서로 대면시켜 플립칩 본딩 방식 등으로 전기적으로 연결함에 따라, 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있게 된다.
도 1은 종래의 I/O X선 센서를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 X선 센서를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 종래와 본 발명의 실시예에 따른 X선 센서에 대한 X선 조사 방식을 나타낸 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 X선 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 X선 센서(100)는, 예를 들면, 휘는 특성을 갖도록 구성된 구강 내 촬영을 위한 I/O X선 센서에 해당되는데, 이에 한정되지는 않으며 필요에 따라 여타 용도의 의료용이나 산업용 센서로 활용될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, I/O X선 센서를 예로 들어 설명한다.
X선 센서(100)는, 예를 들면, 간접 변환 방식의 센서로서, 광전변환기판(120)과, 형광체(130)와, 구동기판(140)과, 외부케이스(151, 152)를 포함할 수 있다.
광전변환기판(120)의 상면에는 매트릭스 형태로 배치된 다수의 화소가 액티브(active)영역에 구성될 수 있으며, 각 화소에는 입사된 가시광선을 전기적신호로 변환하는 포토다이오드와 같은 광전변환소자가 구성될 수 있다.
광전변환기판(120)으로서는, 예를 들면, CMOS 기판이나 TFT 기판이 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
여기서, 광전변환기판(120)은 종래에 비해 얇은 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 관련하여 예를 들면, 광전변환기판(120)의 배면측 즉, 광전변환소자가 형성된 부분과 반대되는 면으로부터 일정 두께만큼 그라인딩(grinding)과 같은 방법으로 제거함으로써, 광전변환기판(120)의 두께를 줄일 수 있게 된다.
일예로, CMOS 기판의 경우에, 100um 이하의 두께를 갖도록 기판 배면 일부를 제거할 수 있다.
이와 같은 광전변환기판(120)의 두께 감소에 의해, 광전변화기판(120)은 휘는 특성을 갖게 된다. 이에 따라, X선 센서(100) 또한 기판(120)의 감소된 두께만큼 그 두께가 감소될 수 있게 된다.
광전변환기판(120) 상면의 액티브영역 외측에는 전기적 신호를 구동기판(140)에 전달하기 위해 패드(121)가 형성될 수 있다.
광전변환기판(120)의 일면으로서, 예를 들어, X선 입사측과 반대되는 측에 위치하는 상면 상에는 입사된 X선을 가시광선으로 변환하는 형광체(130)가 위치한다.
형광체(130)와 광전변환기판(120)은, 예를 들면, 접착제를 통해 서로 부착될 수 있다. 한편, 다른 예로서, 형광체(130)는 광전변환기판(120) 상에 직접 증착되도록 구성될 수 있으며, 이와 같은 경우에 X선 센서(100)의 두께는 더욱 감소될 수 있다.
형광체(130)의 상면 상에는 구동기판(140)이 위치하게 된다. 구동기판(140)은 광전변환기판(120)에 형성된 패드(121)와 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 전달받고, 또한 광전변환기판(120)을 구동하기 위한 구동신호를 전달할 수 있게 된다.
구동기판(140)으로서 플렉서블 특성을 갖는 기판이나 HIC(hybrid integrated circuit) 기판 등이 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
여기서, 구동기판(140)은, 예를 들면, 400um 내지 600um의 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 이처럼, 종래에 비해 얇은 두께를 갖는 구동기판(140)을 사용함으로써, X선 센서(100)의 두께를 줄일 수 있게 된다.
한편, 구동기판(140)은 평면상에서 제1영역(A1)과 제2영역(A2)으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1영역(A1)은 광전변환기판(120)과 마주보는 영역에 해당된다. 그리고, 제2영역(A2)은 광전변환기판(120)과 마주보지 않는 영역으로서, 제1영역(A1)의 외측에 위치하는 영역 즉 평면적으로 광전변환기판(120) 외부에 위치하는 영역에 해당된다.
여기서, 구동기판(140)에 실장되어 구동신호 및 전기적신호를 처리하는 구동IC와 같은 부품소자(141)는, 제2영역(A2)에 구성되는 것이 바람직하다. 한편, 부품소자(141)는 구동기판(140)의 배면으로서 광전변환기판(120)과 마주보는 면에 실장되는 것이 바람직한데, 이에 한정되지는 않는다.
이처럼, 부품소자(141)를 광전변환기판(120)과 중첩되지 않는 외측 영역에 구성함으로써 부품소자(141)의 두께만큼 X선 센서(100)의 두께 또한 감소될 수 있게 된다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 광전변환기판(120)을 기준으로 구동기판(140)은 형광체(130)와 동일한 측에 배치됨에 따라, X선은 배면 조사 방식으로 조사되는 것이 바람직하다. 즉, X선을 조사하는 X선 발생기는 광전변환기판(120)의 배면 측에 위치하게 된다.
이처럼, 배면 조사 방식으로 X선이 조사되는 경우에, X선의 광감도와해상도 특성이 향상될 수 있게 된다.
이와 관련하여 도 3을 참조할 수 있는데, 종래의 경우에는 상부측으로부터 X선이 조사되어 형광체(30)의 상부에서 대부분의 X선이 가시광선으로 변환된다. 이에 따라, 가시광선이 광전변환기판(20)에 입사되는 경로가 상대적으로 길어지게 되며 가시광선의 산란 정도가 커지게 되고, 이로 인해 광감도 및 해상도 특성 저하가 유발된다.
반면에, 본 발명의 실시예의 경우에는 하부측으로부터 X선이 조사되어 형광체(130)의 하부에서 대부분의 X선이 가시광선으로 변환된다. 이에 따라, 종래에 비해 가시광선이 광전변환기판(120)에 입사되는 경로가 상대적으로 짧아지게 되며 가시광선의 산란 정도가 낮아지게 되고, 이로 인해 광감도와 해상도 특성이 향상될 수 있게 된다.
한편, 구동기판(140)의 배면에는, 광전변환기판(120)의 패드(121)에 대응하여 이와 전기적으로 연결되는 연결단자(142)가 구성된다. 여기서, 구동기판(140)의 연결단자(142)와 광전변환기판(120)의 패드(121)는 다양한 방식으로 연결될 수 있는데, 예를 들면, 플립칩 본딩(flip-chip bonding), 와이어 본딩 (wire bonding), 도전성 필름을 활용한 접합, 스루비아(through via)와 도전성 레진을 사용한 방식으로 연결될 수 있다.
이처럼, 플립칩 본딩 적용에 따라, 광전변환기판(120)과 구동기판(140)은 전기적 연결을 위한 별도의 와이어를 사용하지 않고 직접적으로 연결될 수 있게 된다. 이에 따라, 종래의 와이어를 사용한 와이어 본딩 방식에 비해, 공정이 단순화되고 비용이 절감되며 전기적 특성이 향상되는 등 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있게 된다.
구동기판(140)의 상부와 광전변환기판(120)의 하부에는 X선 센서(100)의 내부 구성을 외부로부터 보호하는 외부케이스(151, 152)가 위치하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 광전변환기판의 일부를 제거하여 그 두께를 감소시키고, 구동기판을 광전변환기판의 전면측에 배치하고 부품소자를 광전변환기판과 중첩되지 않도록 외측에 구성하게 된다.
이에 따라, X선 센서의 두께 또한 감소되어, X선 센서는 휘는 특성을 발휘할 수 있게 된다. 이와 관련하여 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 X선 센서는 대략 3mm 이하의 두께를 갖도록 구성되며, 이에 따라 X선 센서는 휘는 특성을 갖게 된다.
이로 인해, 구강 내에 X선 촬영에 있어, 환자의 이물감과 불편감을 완화시킬 수 있으며, 영상의 정확도가 향상될 수 있게 된다.
또한, 배면 조사 방식으로 X선 촬영을 수행할 수 있게 됨에 따라, 광감도와 해상도 특성이 향상될 수 있게 된다.
또한, 광전변환기판과 구동기판을 서로 대면시켜 플립칩 본딩 방식 등으로 전기적으로 연결함에 따라, 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
100: X선 센서 120: 광전변환기판
121: 패드 130: 형광체
140: 구동기판 141: 부품소자
142: 연결단자 151,152: 외부케이스

Claims (5)

  1. 광전변환소자가 일면에 형성되고 상기 광전변환소자와 전기적으로 연결된 패드를 포함하는 광전변환기판과;
    상기 광전변환기판의 일면 상에 위치하는 형광체와;
    상기 형광체의 일면 상에 위치하고, 부품소자와 상기 패드와 전기적으로 연결되는 연결단자를 포함하는 구동기판
    을 포함하는 X선 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동기판은 상기 광전변환기판과 중첩되는 제1영역과, 상기 제1영역 외측의 제2영역을 포함하고,
    상기 부품소자는 상기 제2영역에 실장된
    X선 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 패드는 상기 구동기판과 마주보는 상기 광전변환기판의 일면에 형성되고,
    상기 연결단자와 부품소자는, 상기 광전변환기판과 마주보는 상기 구동기판의 일면에 위치하며,
    상기 연결단자와 상기 패드는 플립칩 본딩 방식으로 연결되는
    X선 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전변환기판은 100um 이하의 두께를 가지며, 상기 X선 센서는 3mm 이하의 두께를 갖게 되어, 상기 X선 센서는 휘는 특성을 갖게 되는
    X선 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    X선은 상기 광전변환기판의 일면 측과 반대되는 상기 광전변환기판의 타면 측으로부터 입사되도록 구성된
    X선 센서.
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