KR100639845B1

KR100639845B1 - 방사선 이미지 센서

Info

Publication number: KR100639845B1
Application number: KR1020007014390A
Authority: KR
Inventors: 다카바야시도시오; 혼메다쿠야; 사토히로토
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2006-10-27
Also published as: CN1138157C; DE69934126D1; EP1115011A4; JP3789646B2; US20010023924A1; KR20010052994A; JP2000009845A; AU4168099A; DE69934126T2; EP1115011B1; CN1305594A; WO1999066347A1; US6469305B2; EP1115011A1

Abstract

신틸레이터 패널(4)과 촬상 소자(6)를 구비하는 방사선 이미지 센서(2)에 있어서, 신틸레이터 패널(4)은, 방사선 투과성의 기판(10)과, 상기 기판(10)상에 형성된 조해성을 가지는 신틸레이터(12)와, 상기 신틸레이터(12)를 덮는 탄성을 가지는 유기막(14)을 구비하고, 신틸레이터 패널(4)과 촬상 소자(6)의 사이에 매칭 오일(2)을 개재시켜서 신틸레이터 패널(4)과 상기 촬상 소자(6)를 접합하고, 신틸레이터 패널(4) 및 촬상 소자(6)의 측벽부를 수지(24)로 고착하고 있다.

신틸레이터, 촬상 소자, 센서, X선, 주상 결정

Description

방사선 이미지 센서{Radiation image sensor}

본 발명은, 의료용의 X선 촬영 등에 이용되는 방사선 이미지 센서에 관한 것이다.

의료, 공업용의 X선 촬영에서는, X선 감광 필름이 이용되어 왔지만, 편리성이나 촬영 결과의 보존성의 면에서 방사선 검출 소자를 이용한 방사선 이미징 시스템이 보급되고 있다. 상기와 같은 방사선 이미징 시스템에 있어서는, 방사선 검출 소자에 의해 2차원의 방사선에 의한 화소 데이터를 전기 신호로서 취득하고, 상기 신호를 처리 장치에 의해 처리하여 모니터상에 표시하고 있다.

종래, 대표적인 방사선 검출 소자로서, WO92/06476호 공보에 개시되어 있는 방사선 검출 소자가 알려져 있다. 상기 방사선 검출 소자는, 기판 상에 형성된 신틸레이터(scintillator)와 촬상 소자를 접착제로 접합하고, 기판측에서 입사한 방사선을 신틸레이터에서 가시광으로 변환하여 검출하고 있다.

그런데, 기판 상에 형성된 신틸레이터의 하나 하나의 주상(기둥 형상) 결정의 높이는 일정하지 않고 요철을 가지기 때문에, 촬상 소자와 접합할 때에 신틸레이터의 선단부가 촬상 소자의 수광면에 부딪혀 신틸레이터의 선단부를 파손할 우려가 있다. 또한 촬상 소자와 신틸레이터를 접착제로 고착한 경우에는, 온도 변화에 의한 일그러짐이 기판에 생기고, 상기 일그러짐에 의해 신틸레이터의 주상 결정에 파손이 생기는 경우가 있다. 특히 촬상 소자에 냉각형 CCD를 이용하는 경우에는, 급격한 온도 변화에 의해 일그러짐이 커지기 때문에 신틸레이터의 파손이 생기기 쉬워진다.

본 발명은, 신틸레이터의 파손을 방지할 수 있는 방사선 이미지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 신틸레이터 패널과 촬상 소자를 구비하는 방사선 이미지 센서에 있어서, 신틸레이터 패널이 방사선 투과성 기판과, 상기 기판 상에 형성된 신틸레이터와, 상기 신틸레이터를 덮는 탄성을 가지는 유기막을 구비하고, 신틸레이터 패널과 촬상 소자의 사이에 광학 결합 재료를 개재시켜서 신틸레이터 패널과 촬상 소자를 중첩하고, 신틸레이터 패널 및 촬상 소자의 측벽부를 수지로 고착한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 신틸레이터를 탄성을 가지는 유기막으로 덮고, 광학 결합 재료를 개재시켜서 촬상 소자를 중첩하고 있기 때문에, 탄성을 가지는 유기막을 개재시켜 신틸레이터를 촬상 소자에 접합하는 경우에 신틸레이터에 작용하는 충격을 완화할 수 있고, 신틸레이터의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 온도 변화에 의해 기판에 일그러짐이 생긴 경우에도, 신틸레이터가 탄성을 가지는 유기막으로 덮여 있기 때문에, 상기 탄성을 가지는 유기막으로 기판의 일그러짐에 기인하여 신틸레이터에 작용하는 응력을 완화할 수 있고, 신틸레이터의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은, 방사선 이미지 센서의 신틸레이터가 주상(柱狀) 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 주상 구조를 가지는 신틸레이터의 선단부가 탄성을 가지는 유기막으로 덮여 있기 때문에, 신틸레이터를 촬상 소자에 중첩하는 경우에 주상 구조의 신틸레이터의 선단부에 작용하는 충격 및 온도 변화에 의한 일그러짐에 기인하여 신틸레이터에 작용하는 응력을 완화할 수 있고 주상 구조의 신틸레이터의 선단부의 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 이미지 센서의 단면도.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널의 제조 공정을 도시하는 도면.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널의 제조 공정을 도시하는 도면.

도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널의 제조 공정을 도시하는 도면.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널의 제조 공정을 도시하는 도면.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 신틸레이터 패널의 제조 공정을 도시하는 도면.

이하, 도 1 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명의 실시예의 설명을 행한다. 도 1은 실시예에 따른 방사선 이미지 센서(2)의 단면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 방사선 이미지 센서(2)는, 신틸레이터 패널(4)과 촬상 소자(6)를 접합하고, 세라믹 케이스(8)에 수용한 구성을 가지고 있다.

신틸레이터 패널(4)의 Al제의 기판(10)의 한쪽의 표면에는, 입사된 방사선을 가시광으로 변환하는 주상 구조의 신틸레이터(12)가 형성되어 있다. 상기 신틸레이터(12)에는, Tl이 도핑된 CsI가 이용되고 있다. 상기 기판(10)에 형성된 신틸레이터(12)는, 기판(10)과 함께 전면(全面)이 탄성을 가지는 제 1 폴리 파라 크실렌(poly para xylylene)(14; 제 1 유기막)으로 덮여 있고, 신틸레이터(12)측의 제 1 폴리 파라 크실렌(14)의 표면에 SiO₂막(16; 투명 무기막)이 형성되어 있다. 또한 SiO₂막(16)의 표면 및 기판(10)측의 SiO₂막(16)이 형성되어 있지 않는 부분의 제 1 폴리 파라 크실렌(14)의 표면에 제 2 폴리 파라 크실렌막(18; 제 2 유기막)이 형성되어 있고, 전면이 제 2 폴리 파라 크실렌막(18)으로 덮여 있다.

또한, 촬상 소자(6)는, 매칭 오일(matching oil)로서의 실리콘 수지층(20)을 개재시켜 신틸레이터 패널(4)의 신틸레이터(12)측에 붙여지고, 촬상 소자(6)의 저부(底部)가 세라믹 케이스(8)의 수용부(8a)에 수용되어 있다. 또한 매칭 오일로서 다우코닝사로부터 입수할 수 있는 실가드(등록상표)와 같은 실리콘 본딩 겔 등의 광학 결합 재료가 이용된다. 또한, 신틸레이터 패널(4) 및 촬상 소자(6)의 측벽부가 본딩 와이어(22)를 보호하고 신틸레이터 플레이트(4)를 세라믹 케이스(8)에 고정하기 위한 수지(24)로 고정되어 있다.

다음에, 도 2a 내지 도 3b를 참조하여, 신틸레이터 패널(4)의 제조 공정에 대해서 설명한다. 도 2a에 도시된 바와 같은 직사각형의 Al제 기판(10; 두께 0.5㎜)의 한쪽 표면에, Tl을 도핑한 CsI의 주상 결정을 증착법에 의해서 성장시켜 신틸레이터(12)를 200㎛의 두께로 형성한다(도 2b 참조).

신틸레이터(12)를 형성하는 CsI는 흡습성이 높아 노출된 채로 두면 공기중의 수증기를 흡습하여 조해되어 버리기 때문에, 이를 방지하기 위해 CVD법에 의해 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)을 형성한다. 즉, 신틸레이터(12)가 형성된 기판(10)을 CVD 장치에 넣고, 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)을 10㎛의 두께로 성막한다. 이로써 신틸레이터(12) 및 기판(10)의 표면 전체에 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)이 형성된다(도 2c 참조). 신틸레이터(12)의 선단부는 요철이기 때문에, 상기 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)은, 신틸레이터(12)의 선단부를 평탄화하는 역할도 갖는다.

다음에, 신틸레이터(12)측의 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)의 표면에 SiO₂막(16)을 스퍼터링에 의해 200㎚의 두께로 성막한다(도 3a 참조). SiO₂막(16)은, 신틸레이터(12)의 내습성의 향상을 목적으로 하는 것이기 때문에, 신틸레이터(12)를 덮는 범위로 형성된다. 상술한 바와 같이 신틸레이터(12)의 선단부는, 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)에 의해 평탄화되어 있기 때문에, 출력광량이 감소하지 않도록 SiO₂막(16)을 얇게(100㎚ 내지 300㎚) 형성할 수 있다.

또한, SiO₂막(16)의 표면 및 기판(10)측의 SiO₂막(16)이 형성되어 있지 않은 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)의 표면에, CVD법에 의해 SiO₂막(16)의 박리 방지를 위한 제 2 폴리 파라 크실렌막(18)을 10㎛ 두께로 성막한다(도 3b 참조). 상기 공정을 종료함으로써 신틸레이터 패널(4)의 제조가 종료된다.

그 후, 촬상 소자(6)를 실리콘 수지층(20)을 개재시켜 신틸레이터 패널(4)의 신틸레이터(12)측에 붙인다. 또한, 신틸레이터 패널(4)에 붙여진 촬상 소자(6)의 저부를 세라믹 케이스(8)의 수용부(8a)에 수용하고, 본딩 와이어(22)에 의해 촬상 소자(6)의 패드부와 세라믹 케이스(8)에 고정된 리드핀을 전기적으로 접속한다. 그리고, 본딩 와이어(22)를 보호하기 위해 및 신틸레이터 플레이트(4)를 세라믹 케이스(8)에 고정하기 위해, 신틸레이터 패널(4) 및 촬상 소자(6)의 측벽부를 수지(24)로 고정한다. 상기 공정을 종료함으로써, 도 1에 도시하는 방사선 이미지 센서(2)의 제조가 종료된다.

본 실시예에 따른 방사선 이미지 센서(2)에 의하면, 신틸레이터(12)를 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)으로 덮고, 실리콘 수지(20)를 개재시켜서 촬상 소자(6)를 붙이고 있기 때문에, 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)에 의해 신틸레이터 패널(4)을 촬상 소자(6)에 접합하는 경우에 신틸레이터(12)의 선단부에 작용하는 충격을 완화할 수 있고, 신틸레이터(12)의 선단부의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 온도 변화에 의해 기판(10)에 일그러짐이 생기는 경우에도, 신틸레이터(12)가 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)으로 덮여 있기 때문에, 상기 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)에 의해 기판(10)의 일그러짐에 기인하여 신틸레이터(12)에 작용하는 응력을 완화시킬 수 있고 신틸레이터(12)의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 신틸레이터 패널(4) 및 촬상 소자(6)의 측벽부가 수지(24)에 의해 고정되어 있기 때문에 신틸레이터 패널(4)과 촬상 소자(6)의 접속을 견고하게 할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는, 매칭 오일(광학 결합 재료)로 실리콘 수지(20)를 이용하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 에폭시 수지, 실리콘 오일 등을 이용하여도 좋다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는, 본딩 와이어(22)를 보호하기 위해 및 신틸레이터 플레이트(4)를 세라믹 케이스(8)에 고정하기 위해, 신틸레이터 패널(4) 및 촬상 소자(6)의 측벽부를 하나의 수지(24)로 고정하고 있지만, 본딩 와이어(22)를 보호하기 위한 수지와 신틸레이터 플레이트(4)를 세라믹 케이스(8)에 고정하기 위한 수지를 다른 수지로 하여도 좋다.

또한, 투명 무기막(16)으로서 SiO₂막을 이용하고 있지만, 이에 한정되지 않고 Al₂O₃, TiO₂, In₂O₃, SnO₂, MgO, MgF₂, LiF, CaF₂, SiNO, AgCl 및 SiN 등을 재료로 하는 무기막을 사용하여도 좋다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는, 신틸레이터(12)로서 CsI(Tl)가 이용되고 있지만, 이에 한정되지 않고 CsI(Na), NaI(Tl), LiI(Eu), KI(Tl) 등을 이용하여도 좋다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는, 기판(10)으로서 Al제의 기판이 이용되고 있지만, X선 투과율이 좋은 기판이면 되기 때문에, 탄소를 주성분으로 하는 비정질 카본(amorphous carbon)제의 기판이나, C(graphite)제의 기판, Be제의 기판, SiC제의 기판 등을 이용하여도 좋다.

또한, 상술한 실시예에서는, 신틸레이터(12)가 제 1 폴리 파라 크실렌막(14), SiO₂막(16) 및 제 2 폴리 파라 크실렌막(18)으로 덮여 있지만, 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)만으로 덮도록 하여도 좋고, 또한 제 1 폴리 파라 크실렌막(14) 및 SiO₂막(16)으로 덮도록 하여도 좋다. 상기의 경우에 있어서도 신틸레이터(12)와 접하는 제 1 폴리 파라 크실렌막(14)이 탄성을 가지기 때문에, 상술한 실시예에 따른 방사선 이미지 센서(2)의 경우와 마찬가지로 신틸레이터(12)의 파손 방지를 도모할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는, 촬상 소자(6)를 이용하고 있지만, 냉각형 촬상 소자(C-CCD)를 이용하여도 좋다. 상기 경우에는, 급격한 온도 변화에 의해 신틸레이터에 작용하는 응력이 커지기 때문에, 탄성을 가지는 유기막에 의한 신틸레이터 파손 방지 효과가 증대한다.

또한, 상술한 실시예에 있어서의, 폴리 파라 크실렌막에는 폴리 파라 크실렌 외에, 폴리 모노 클로로 파라 크실렌, 폴리 디 클로로 파라 크실렌, 폴리 테트라 클로로 파라 크실렌, 폴리 플루오로 파라 크실렌, 폴리 디 메틸 파라 크실렌, 폴리 디 에틸 파라 크실렌 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 방사선 이미지 센서에 의하면, 신틸레이터를 탄성을 가지는 유기막으로 덮고, 매칭 오일을 개재시켜 촬상 소자를 중첩하고 있기 때문에, 탄성을 가 지는 유기막을 개재하여 신틸레이터 패널을 촬상 소자에 중첩하는 경우에 신틸레이터에 작용하는 충격을 완화할 수 있고 신틸레이터의 선단부의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 온도 변화에 의해 기판에 일그러짐이 생긴 경우에도, 신틸레이터가 탄성을 가지는 유기막으로 덮여 있기 때문에, 상기 탄성을 가지는 유기막에 의해 기판의 일그러짐에 기인하여 신틸레이터에 작용하는 응력을 완화할 수 있고 신틸레이터의 파손을 방지할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 방사선 이미지 센서는, 의료, 공업용 X선 촬영 등에 이용하는데 적합하다.

Claims

신틸레이터 패널과 촬상 소자를 구비하는 방사선 이미지 센서에 있어서,

상기 신틸레이터 패널은 방사선 투과성의 기판과, 상기 기판 상에 형성된 주상 구조를 갖는 신틸레이터와, 상기 신틸레이터의 전면(全面)과 기판을 덮어 밀봉하고, 상기 신틸레이터로부터의 광을 투과하는 탄성을 가지는 유기막을 구비하고,

상기 신틸레이터로부터의 광은 상기 유기막을 통과하여 상기 촬상 소자에 입사되며,

상기 신틸레이터 패널의 유기막으로 덮여진 표면과 상기 촬상 소자 사이에 매칭오일을 개재시켜서 상기 신틸레이터 패널과 상기 촬상 소자를 중첩하고, 상기 신틸레이터 패널의 측벽부의 유기막 및 상기 촬상 소자의 측벽부를 수지로 고착한 것을 특징으로 하는 방사선 이미지 센서.
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