JP2001330676A

JP2001330676A - 放射線検出器

Info

Publication number: JP2001330676A
Application number: JP2000148316A
Authority: JP
Inventors: Takuya Motome; 卓也本目; Toshio Takabayashi; 敏雄高林; Kazuhisa Miyaguchi; 和久宮口
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-30
Anticipated expiration: 2020-05-19
Also published as: JP4234305B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化と撮像面積の大面積化を両立させ、製
作が容易で耐久性を確保できる放射線検出器を提供す
る。【解決手段】外部接続用の電極部１２とこれに電気的
に接続されている電極パッド１１とを有する基台１に、
複数の光電変換素子２１を配置した受光部と、この光電
変換素子２１に電気的に接続されている電極パッド２２
とを備える固体撮像素子２を載置し、固体撮像素子２の
受光部表面上にはシンチレータ３が形成され、それぞれ
の電極パッド１１、２２は配線４により電気的に接続さ
れている。そして、電極パッド１１、２２と配線４とは
保護樹脂層６内に封入され、電気絶縁性の有機膜５１が
シンチレータ３を密封するとともに、保護樹脂層６を被
覆し、さらにその上に金属薄膜５２が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線画像の撮像
に用いられる放射線検出器に関し、特に、口腔内に挿入
して用いられる歯科用等の小型の放射線検出器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】医療用のＸ線診断装置としてＸ線感光フ
ィルムに代えてＣＣＤを用いたＸ線イメージセンサが普
及してきている。このような放射線イメージングシステ
ムにおいては、複数の画素を有する放射線検出素子を用
いて放射線による２次元画像データを電気信号として取
得し、この信号を処理装置により処理して、モニタ上に
表示している。代表的な放射線検出素子は、１次元ある
いは２次元に配列された光検出器上にシンチレータを配
して、入射する放射線をシンチレータで光に変換して、
検出する仕組みになっている。

【０００３】国際公開WO98/36291号公報には、シンチレ
ータ材料としてCsIを用い、シンチレータの吸湿防止の
ために、パリレン等からなる保護膜を形成した放射線検
出器が開示されている。この放射線検出器ではボンディ
ングパッドは保護膜から露出した構造をしており、この
ボンディングバッドと外部配線とを接続して画像信号の
読み出しを行う構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、歯科用等で
口腔内に挿入して用いる放射線検出器においては検出器
全体を小型化する一方で、撮像面積はできるだけ大きく
とる必要がある。このような小型放射線検出器において
このような構成を採用した場合、受光部を大きくする
と、ボンディングパッドとの間隔が狭くなり、保護膜の
形成や外部配線との接続が困難になり、製造時の作業性
が劣化する。

【０００５】そこで本発明は、小型化と撮像面積の大面
積化を両立させ、製作が容易で耐久性を確保できる放射
線検出器を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る放射線検出器は、(1)複数の光電変換
素子を配置した受光部と、これらの光電変換素子に電気
的に接続されている電極パッドとを備える固体撮像素子
と、(2)外部接続用の電極部とこれに電気的に接続され
ている電極パッドとを有し、固体撮像素子を載置して固
定している基台と、(3)固体撮像素子の受光部表面上に
形成されているシンチレータと、(4)固体撮像素子と基
台のそれぞれの電極パッドを電気的に接続する配線と、
(5)配線を覆う保護樹脂と、(6)少なくともシンチレータ
と保護樹脂を覆って形成されている電気絶縁性の有機膜
と、(7)有機膜上に形成されている金属薄膜と、を備え
ていることを特徴とする。

【０００７】本発明に係る放射線検出器は、外部接続用
の電極部を備えている基台に予め固体撮像素子を載置、
固定し、基台と固体撮像素子のそれぞれの電極パッドを
配線によって電気的に接続してからこの配線を保護樹脂
によりポッティングした後で、固体撮像子の受光部表面
上にシンチレータを形成する。そして、シンチレータと
保護樹脂上に有機膜を形成した後で、有機膜上に金属薄
膜を形成することで、シンチレータを二重に被覆してい
る。したがって、外部への電気的接続用のライン形成が
容易になり、作業性が向上する。このため、小型の放射
線検出素子において、受光部をできるだけ大きく形成す
ることが容易になる。また、有機膜がシンチレータを密
封するので耐湿性を確保できる。さらに、電極パッドと
配線は、保護樹脂によって覆われて保護されているの
で、製作時、製作後における配線の断線を効果的に防止
できる。有機膜上に形成されている金属薄膜は、耐湿性
をさらに向上させるものであるが、この金属薄膜と配
線、電極パッドとの間には電気絶縁性の有機膜、保護樹
脂が介在することで短絡が防止される。

【０００８】この金属薄膜上に形成されている第２の有
機膜をさらに備えていてもよい。金属薄膜を有機膜で覆
うことでさらに保護膜の耐久性が向上する。

【０００９】また、有機膜は基台表面を被覆していても
よい。基台表面まで有機膜で覆うことで耐湿性がよりい
っそう確実になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。また、各図面における寸法、形状は実際
のものとは必ずしも同一ではなく、理解を容易にするた
め誇張している部分がある。

【００１１】図１は、本発明に係る放射線検出器の一実
施形態を示す斜視図であり、図２はその拡大図、図３は
その断面図である。この実施形態の放射線検出器１００
は、セラミック製の基台１上に固体撮像素子２を載置し
たものである。基台１は、表面に固体撮像素子２を載置
して収容する凹部１０を有し、凹部１０に接する表面に
は、その一辺に沿って複数の電極パッド１１が配列され
ている。これらの電極パッド１１は、基台１の裏面に配
置されている外部接続用の電極端子１２と基台１を貫通
している配線１３によって電気的に接続されている。

【００１２】固体撮像素子２は、ＣＣＤイメージセンサ
ーからなり、光電変換素子２１の配列された部分が受光
部を形成している。各光電変換素子２１は図示していな
い信号ラインによって固体撮像素子２の一辺に配置され
た電極パッド２２のうち対応する電極パッド２２と電気
的に接続されている。固体撮像素子２は基台１上にそれ
ぞれの対応する電極パッド１１、２２が近接するように
載置されており、対応する電極パッド１１、２２同士は
配線４によって電気的に接続されている。

【００１３】固体撮像素子２の受光部上には、入射した
放射線を光電変換素子２１が感度を有する波長帯の光に
変換する柱状構造のシンチレータ３が形成されている。
シンチレータ３には、各種の材料を用いることができる
が、発光効率が良いTlドープのCsI等が好ましい。

【００１４】これらの電極パッド１１、２２と配線４を
覆って包み込むようにして保護樹脂層６が形成されてい
る。この保護樹脂層６としては、後述する保護膜５との
接着性が良好な樹脂、例えばアクリル系接着剤である協
立化学産業株式会社製WORLDROCK No.801-SET2(70,000cP
タイプ)を用いることが好ましい。

【００１５】さらに、固体撮像素子２と基台１の表面を
覆う保護膜５が形成されている。この保護膜５は、Ｘ線
透過性で、水蒸気を遮断するものであり、基台１側から
電気絶縁性の第１の有機膜５１、金属薄膜５２、電気絶
縁性の第２の有機膜５３が積層されて構成されている。

【００１６】第１の有機膜５１と第２の有機膜５３に
は、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品
名パリレン）、特にポリパラクロロキシリレン（同社
製、商品名パリレンＣ）を用いることが好ましい。パリ
レンによるコーティング膜は、水蒸気及びガスの透過が
極めて少なく、撥水性、耐薬品性も高いほか、薄膜でも
優れた電気絶縁性を有し、放射線、可視光線に対して透
明であるなど有機膜５１、５３にふさわしい優れた特徴
を有している。また、金属薄膜５２としては、金、銀、
アルミなどの金属薄膜が使用できる。この金属薄膜５２
はシンチレータ３で発せられた光のうち、固体撮像素子
２側でなく、放射線入射面側に向かう光を反射すること
で検出器の検出感度を増大させるミラーの役目を果た
す。

【００１７】次に、図４〜図１４を用いて本発明に係る
放射線検出器の製造工程を具体的に説明する。最初に図
４に示されるような基台１を用意する。この基台１は、
裏面に外部接続用の電極端子１２を表面に電極パッド１
１が配列されており、電極パッド１１が配列された１辺
に隣接する対向する２辺には表面側に突出するガイド部
１４が形成され、このガイド部１４に挟まれた部分に凹
部１０が形成されている。

【００１８】この凹部１０に固体撮像素子２をその電極
パッド２２が基台１の電極パッド１１側を向くようにし
て光電変換素子２１の受光面を表にして載置して図５に
示されるように固定する。このときに、ガイド部１４を
利用して固体撮像素子２の位置決めを行うことで作業が
容易となる。そして、電極パッド１１と電極パッド２２
とをワイヤボンディングにより配線４で電気的に接続す
る（図６、図７参照）。そして、図８、図９に示される
ようにこれらの電極パッド１１、２２と配線４を包み込
むように樹脂を塗布して硬化させることで保護樹脂層６
を形成して配線４をポッティングする。これにより配線
４は、樹脂内に封入されて保護されるので、配線４の接
着強度、機械的強度が増し、以後の製造工程および使用
時における配線４の断線、短絡といった破損を効果的に
防止できる。

【００１９】次に、図１０、図１１に示されるように固
体撮像素子２の受光部上にTlをドープしたCsIを真空蒸
着法によって厚さ約200μｍの柱状結晶として成長させ
ることによりシンチレータ３層を形成する。このとき、
電極パッド１１、２２と配線４は保護樹脂層６内に封入
されているので、シンチレータ３が電極パッド１１、２
２や配線４上に付着することもない。CsIは、吸湿性が
高く、露出したままにしておくと空気中の水蒸気を吸湿
して溶解してしまう。その保護のため、図１２に示され
るように、CVD（化学的蒸着）法によりシンチレータ３
が形成された固体撮像素子２付の基台１全体を厚さ10μ
ｍのパリレンで包み込み、第１の有機膜５１を形成す
る。

【００２０】具体的には、金属の真空蒸着と同様に真空
中で蒸着によるコーティングを行うもので、原料となる
ジパラキシリレンモノマーを熱分解して、生成物をトル
エン、ベンゼンなどの有機溶媒中で急冷しダイマーと呼
ばれるジパラキシリレンを得る工程と、このダイマーを
熱分解して、安定したラジカルパラキシリレンガスを生
成させる工程と、発生したガスを素材上に吸着、重合さ
せて分子量約５０万のポリパラキシリレン膜を重合形成
させる工程からなる。

【００２１】CsIの柱状結晶の間には隙間があるが、パ
リレンはこの狭い隙間にある程度入り込むので、第１の
有機膜５１は、シンチレータ３層に密着し、シンチレー
タ３を密封する。また、この第１の有機膜５１は、保護
樹脂層６上にも形成され、配線部を被覆する。このパリ
レンコーティングにより、凹凸のあるシンチレータ３層
表面に均一な厚さの精密薄膜コーティングを形成するこ
とができる。また、パリレンのCVD形成は、金属蒸着時
よりも真空度が低く、常温で行うことができるため、加
工が容易である。

【００２２】続いて、図１３に示されるように、第１の
有機膜５１の入射面側の表面に0.15μｍ厚さのAl膜を蒸
着法により積層することで金属薄膜５２を形成する。こ
の金属薄膜５２を形成する際には、シンチレータ３層の
前に適切なマスク（図示せず）を配置して、シンチレー
タ３層の直上部分の第１の有機膜５１上にのみ金属薄膜
５２を形成することが望ましい。しかしながら、マスク
を配置しても蒸着時には金属蒸気が僅かながらマスクの
外側へと回り込んでしまうことがある。このため、特
に、受光部と電極パッドとの間隔が狭い場合、金属薄膜
５２をシンチレータ３層の直上部分だけに形成するのは
困難であり、配線４や電極パッド１１、２２上にまで金
属が蒸着されてしまうことがある。本発明によれば、配
線４と電極パッド１１、２２が保護樹脂層６と第１の有
機膜５１で被覆されているので、金属薄膜５２が配線４
と電極パッド１１、２２上に直接形成されることがな
く、金属薄膜５２による配線４、電極パッド１１、２２
の短絡を効果的に防止できる。

【００２３】また、金属薄膜５２の蒸着時、マスクを配
置しない場合も、配線４や電極パッド１１、２２部分に
まで金属薄膜５２が形成されることになるが、配線４と
電極パッド１１、２２は保護樹脂層６と第１の有機膜５
１で被覆されているので、短絡は防止されている。ま
た、金属薄膜５２を保護樹脂層６を覆うように幅広く形
成することで、耐湿性をより向上させることができる。
なお、保護樹脂層６に硬化時あるいはその製造上の問題
によって隙間が生じた場合でも第１の有機膜５１がその
隙間に入り込んで被覆しているため、金属薄膜５２が保
護樹脂層６の下あるいは内部の配線４や電極パッド１
１、２２上に直接形成されることはなく、短絡防止の効
果をより高めている。

【００２４】そして、再度CVD法により、パリレンを基
板全体の表面に10μｍ厚さで被覆して第２の有機膜５３
を形成する（図１２参照）。この第２の有機膜５３は、
金属薄膜５２のハンドリング等による汚れやはく離、酸
化による劣化を防止するためのものである。こうして第
１の有機膜５１、金属薄膜５２、第２の有機膜５３を積
層させてなる保護膜５が形成される。

【００２５】金属薄膜５２を保護樹脂層６、第１の有機
膜５１を介して配線４や電極パッド１１、２２上にも形
成した場合、第１の有機膜５１、金属薄膜５２、第２の
有機膜５３で保護樹脂層６を三重に被覆していることに
なる。また、上述したようにマスクを用いて金属薄膜５
２を形成した場合は、保護樹脂層５上には、第１の有機
膜５１と第２の有機膜５３の二重被覆が形成されること
になる。

【００２６】この後で形成した保護膜５のうち基台１の
裏面の保護膜５を除去して基台１裏面に設けられている
外部接続用の電極端子１２を露出させることで図１〜図
３に示される放射線検出器が得られる。

【００２７】続いて、本実施形態の動作を図１〜図３に
より、説明する。入射面側から入射したＸ線（放射線）
は、保護膜５、すなわち、第２の有機膜５３、金属薄膜
５２、第１の有機膜５１の全てを透過してシンチレータ
３に達する。このＸ線は、シンチレータ３で吸収され、
Ｘ線の光量に比例した光が放射される。放射された光の
うち、Ｘ線の入射方向に逆行した光は、第１の有機膜５
１を透過して、金属薄膜５２で反射される。このため、
シンチレータ３で発生した光はほとんど全てが光電変換
素子２へと入射する。このため、効率の良い高感度の測
定が可能となる。

【００２８】各々の光電変換素子２では、光電変換によ
り、この可視光の光量に対応する電気信号が生成されて
一定時間蓄積される。この可視光の光量は入射するＸ線
の光量に対応しているから、つまり、各々の光電変換素
子２に蓄積されている電気信号は、入射するＸ線の光量
に対応することになり、Ｘ線画像に対応する画像信号が
得られる。光電変換素子２に蓄積されたこの画像信号を
図示していない信号ラインから電極パッド２２、配線
４、電極パッド１１、配線１３を介して最終的には電極
端子１２から順次出力することにより、外部へと転送
し、これを所定の処理回路で処理することにより、Ｘ線
像を表示することができる。

【００２９】以上の説明では、保護膜５としてパリレン
製の有機膜５１、５３の間に金属薄膜５２を挟み込んだ
構造のものについて説明したが、第１の有機膜５１と第
２の有機膜５３の材料は異なるものでも良く、金属薄膜
５２として金等の腐食に強い材料を使用しているような
場合は、第２の有機膜５３自体を設けなくてもよい。

【００３０】また、ここでは、第１の有機膜５１が基台
１の側面部までを覆っている形態について説明してきた
が、第１の有機膜５１は少なくともシンチレータ３全体
と電極パッド１１、２２と配線４を覆っていれば良く、
基台１のその他の部分まで覆っている必要はない。ただ
し、基台１表面まで覆っている場合には、第１の有機膜
５１の縁部分が基台１に密着することで縁部分からの第
１の有機膜５１の剥がれを効果的に防止できるため好ま
しい。

【００３１】さらに、固体撮像素子２は、アモルファス
シリコン製のフォトダイオード（ＰＤ）アレイと薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）で形成したものでもよいし、ＭＯ
Ｓ型のイメージセンサでもよい。

【００３２】このような構成を採用することにより、放
射線検出器の厚みを2.5mm程度と従来良く用いられてき
たFOP（ファイバ光学プレート）付の放射線検出器の厚
み5.0mmの半分程度に薄くすることが可能となった。ま
た、ボンディングパッドと受光部との間隔を狭くするこ
とで、従来品（特開平10-282243号公報）と同程度の受
光部の面積を確保しつつ、受光部周辺の面積を小さくす
ることで全体の面積を小さくすることができるので、コ
ンパクト化（従来品の約９０％）した放射線検出器が実
現できる。これは口腔内に挿入して使用する歯科用の放
射線検出器においては大きな利点である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
体撮像素子とそれを載置する基台双方の電極パッドと、
両者を電気的に接続する配線を保護樹脂層内に封入し、
固体撮像素子の受光部表面上に形成されているシンチレ
ータとともに、有機膜で被覆してその上に金属薄膜を形
成している。そのため、外部回路との電気的接続用のラ
イン形成が容易になり、作業性が向上する。また、小型
の放射線検出素子において、受光部をできるだけ大きく
形成することが容易になる。さらに、有機膜がシンチレ
ータを密封することでシンチレータの耐湿性を確保でき
る。有機膜上に形成されている金属薄膜は、シンチレー
タの耐湿性をさらに向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放射線検出器の実施形態を示す斜
視図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】本発明に係る放射線検出器の実施形態を示す側
面図である。

【図４】図１の装置に用いられる基台の斜視図である。

【図５】図１の装置の製造工程を説明する側面図であ
る。

【図６】図５の工程の次の工程を説明する側面図であ
る。

【図７】図６の工程を説明する斜視図である。

【図８】図６の工程の次の工程を説明する側面図であ
る。

【図９】図８の工程を説明する斜視図である。

【図１０】図８の工程の次の工程を説明する側面図であ
る。

【図１１】図１０の工程を説明する斜視図である。

【図１２】図１１の工程の次の工程を説明する側面図で
ある。

【図１３】図１２の工程の次の工程を説明する側面図で
ある。

【図１４】図１３の工程の次の工程を説明する側面図で
ある。

【符号の説明】

１…基台、２…固体撮像素子、３…シンチレータ、４、
１３…配線、５…保護膜、６…保護樹脂層、１０…凹
部、１１、２２…電極パッド、２０…基板、２１…光電
変換素子、５１、５３…有機膜、５２…金属薄膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/32 Ｈ０１Ｌ 31/00 Ａ (72)発明者宮口和久静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2G088 EE03 FF02 GG20 JJ05 JJ31 JJ33 JJ35 4C093 AA05 CA32 DA05 EB12 EB20 4M118 AA01 AA08 AA10 AB01 BA05 BA10 BA14 CA32 CB11 FA06 FB09 GA10 GD14 HA23 HA30 5C024 AX12 BX02 CX41 CY47 EX22 GY01 5F088 AA01 AB05 BA10 BA15 BB07 EA04 EA06 JA17 LA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光電変換素子を配置した受光部
と、前記光電変換素子に電気的に接続されている電極パ
ッドとを備える固体撮像素子と、外部接続用の電極部とこれに電気的に接続されている電
極パッドとを有し、前記固体撮像素子をその上に固定し
ている基台と、前記固体撮像素子の受光部表面上に形成されているシン
チレータと、前記固体撮像素子と前記基台のそれぞれの電極パッドを
電気的に接続する配線と、前記配線を覆う保護樹脂と、少なくとも前記シンチレータと前記保護樹脂を覆って形
成されている電気絶縁性の有機膜と、前記有機膜上に形成されている金属薄膜と、を備えている放射線検出器。
【請求項２】前記金属薄膜上に形成されている第２の
有機膜をさらに備えている請求項１記載の放射線検出
器。
【請求項３】前記有機膜は前記基台表面を被覆してい
る請求項１、２のいずれかに記載の放射線検出器。