放射線檢測元件及其制造方法

專利名稱:放射線檢測元件及其制造方法
本發明涉及放射線檢測元件，特別涉及在醫療用X射線照相等中使用的具有大面積的受光單元的放射線檢測元件。
在醫療、工業用的X射線照相中，雖然先前使用X射線感光膠片，但從便利性和攝像結果的保存性考慮，使用放射線檢測元件的放射線成像系統正在得以普及。在這樣的放射線成像系統中，使用有多個象素的放射線檢測元件，以電信號形式取得由放射線所產生的二維圖像數據，利用處理裝置處理該信號后，在監視器上進行顯示。典型的放射線檢測元件構成為，在一維或二維排列的光檢測器上配置閃爍器，由閃爍器將X射的放射線變換成光后進行檢測。
典型的閃爍器材料CsI是吸濕性材料，它吸收空氣中的水蒸氣(濕氣)并溶解。結果，存在著閃爍器的特性特別是圖像分辨率劣化的問題。
作為保護閃爍器不受濕氣影響的結構的放線射檢測元件，已知有在特開平5-196742號公報中公開的技術。在該技術中，通過在閃爍器層的上部形成不透水的防濕保護層來保護閃爍器不受濕氣影響。
然而，在該技術中，將閃爍器層外周部的防濕保護層密合在放射線檢測元件的基板上很難，特別是，在胸部X射線照相等中使用的大面積的放射線檢測元件中，外周部的長度大，所以防濕保護層容易脫落，閃爍器層不能完全密封，水分會侵入到保護層中、具有其特性易劣化的缺點。
還有，在該技術中公開了防濕保護層的水密層的下述制造方法在液態下將硅澆注材料等涂敷在閃爍器層或將該硅澆注材料等涂敷在設置于放射線檢測元件的受光面側的光闌材料的內側，之后，在水密層干燥前將該光闌材料設置在閃爍器層上，這樣來固定水密層。在該制造方法中，難以在表面形狀不規則的閃爍器層上均勻地形成水分密封層，存在著密合性降低的可能性。這一點在大面積的放射線檢測元件上特別容易產生。
本發明是鑒于上述問題而提案的，其目的在于，提供具有閃爍器防濕用的、容易均勻制造的保護層的放射線檢測元件及其制造方法。
為解決該課題，本發明的放射線檢測元件包括(1)受光元件陣列，將多個受光元件一維或二維排列在基板上形成受光單元，并將與該受光單元的各行或各列的受光元件電連接的多個焊盤配置在受光單元的外部；(2)將集聚在受光單元的受光元件上的放射線變換為可視光的閃爍器層；(3)把形成了受光元件陣列上的閃爍器層的區域和焊盤配置區域區分開來的、框狀地形成的由樹脂構成的一個或多個樹脂框；(4)放射線可通過的耐濕保護層，它由包括有機膜及在其上層疊的無機膜的2層以上的多層膜構成，至少覆蓋閃爍器層并一直到達樹脂框使焊盤部分露出。
這樣，入射的放射線由閃爍器層變換為可見光。通過利用一維或二維排列的受光元件檢測該可見光像，得到與入射的放射線像對應的圖像電信號。閃爍器層有因吸濕而劣化的性質，然而，根據本發明，用耐濕保護層覆蓋閃爍器層，用樹脂將該耐濕保護膜密合在受光元件陣列上，所以，將閃爍器層完全密封與外部空氣隔離，保護它不受空氣中的水蒸氣影響。而且，與外部電路連接用的焊盤被露出。
該樹脂框最好是以包圍閃爍器層的矩形形狀或分別包圍一個或多個焊盤區的矩形形狀形成。
還有，最好還包括沿樹脂框蓋住耐濕保護膜的邊緣的覆蓋樹脂。這樣，耐濕保護膜的邊被樹脂框和覆蓋樹脂上下夾住而牢固地粘接。
另一方面，本發明的放射線檢測元件的制造方法的特征在于，包括(1)第一工序，在受光元件陣列的受光元件上沉積地放射線變換成可見光的閃爍器層，其中，將多個受光元件一維或二維排列在基板上形成受光單元，將與該受光單元的各行或各列的受光元件電連接的多個焊盤配置在受光單元的外部；(2)第二工序，用樹脂在受光元件陣列上形成區分閃爍器層和焊盤部分的一個或多個封閉的框狀樹脂框；(3)第三工序，形成包覆整個受光元件陣列的放射線可通過的第一有機膜；(4)第四工序，形成由將包括無機膜的一層以上的膜層疊在第一有機膜上的2層以上的多層膜構成的放射線可通過的耐濕保護膜；(5)第五工序，沿樹脂框的長邊方向切斷耐濕保護膜，除去焊盤部分上的上述耐濕保護膜，使焊盤部分露出。
通過以包覆整個受光元件陣列的形式形成第一有機膜，提高了閃爍器層和有機膜的密合度，形成均勻的膜。由于形成耐濕保護膜，通過除去焊盤部分的保護膜，使焊盤部可靠地露出來。通過在保護膜下形成的樹脂框，在保護膜切斷時切入深度具有裕度。另外，利用樹脂框將保護膜的邊緣密合在基板上，密封變得可靠。
另外，也可以在該第五工序后包括用樹脂沿樹脂框覆蓋耐濕保護膜的邊緣進行粘結的第六工序。這樣，耐濕保護膜的邊緣被夾入到樹脂框和樹脂間而牢固地粘接。
通過下面的詳細說明和附圖可進一步充分理解本發明。但這些只是示例性的，不應認為是限定本發明的。
本發明的其他應用范圍可以從下面的詳細說明中明白。然而，雖然詳細說明及特定事例示出了本發明的優選實施例，但在本發明的精神和范圍中，本領域的技術人員可以從該詳細說明中做出各種變形和改良，這是不言而喻的。
圖1是本發明的一個實施例的俯視圖，圖2是其放大的A-A剖面圖；圖3～圖11是表示與圖1和圖2有關的實施例的制造工序的圖。
圖12是本發明的另一實施例的俯視圖，圖13是其放大的B-B剖面圖。
下面，根據
本發明的優選實施例。還有，為容易理解起見，在各附圖中，對相同的構成單元盡可能標注相同的標號，其重復說明從略。附圖中的大小和形狀不一定與實際相同，有的部分為便于理解而被擴大化了。
圖1是本發明的一個實施例的俯視圖，圖2是其外周邊部的A-A放大剖面圖。
首先，參照圖1、圖2說明本實施例的構成。進行光電變換的受光元件2被二維排列在絕緣性的例如玻璃制的基板1上，形成受光單元，該受光元件2由非晶態硅制的發光二極管(PD)和薄膜晶體管(TFT)構成。各行或各列的受光元件2分別利用讀出信號用的信號線3電連接。用于將信號取出到外部電路(未圖示)的多個焊盤4沿基板1的外周邊(例如相鄰的兩個邊)而配置，通過信號線3與對應的多個受光元件2電連接。在受光元件2及信號線3上形成了絕緣性的鈍化膜5。該鈍化膜5最好使用氮化硅或二氧化硅。另一方面，焊盤4為便于和外部電路連接而露出。下面，將該基板和基板上的電路部分稱作受光元件陣列6。
在受光元件陣列6的受光單元上形成將入射的放射線變換為可見光的柱狀結構的閃爍器7。閃爍器7可以使用多種材料，但最好使用發光效率好的摻雜鉈(Tl)的CsI。還有，將受光元件陣列6的受光單元的外周圍住，將細長框狀形成的樹脂制的樹脂框8配置在焊盤的內側位置處。該樹脂框8最好使用硅樹脂如信越化學公司生產的DJR651或KE4897、東芝硅公司生產的TSE397、住友3M公司生產的DYMAX625T等。它們之所以被廣泛應用在用于電氣保護的表面處理應用中，是因為它們與下文所述形成在上部的保護膜12的密合性高。
在樹脂框8的框內的閃爍器7上形成了X射線可通過的、隔斷水蒸氣的第一有機膜9、無機膜10、第二有機膜11和分別層疊的保護膜12。
第一有機膜9和第二有機膜11最好使用聚對二甲苯樹脂(Threebond公司生產，商品名為Parylene(聚對亞苯基二甲基或聚對二甲苯基))，特別是聚對氯二甲苯基(同一公司生產，商品名為ParyleneC)。利用Parylene制成的涂敷膜具有水蒸氣及氣體透過極少、防水性和耐藥品性高、電絕緣性優良、對放射線和可見光線透明等與有機膜9、11相稱的優良特征。有關利用Parylene制成的涂料的詳細情況，記載于《Threebond技術新聞》(平成4年9月23日發行)中，這里說明其特征。
Parylene能夠和金屬的真空蒸鍍相同，在真空中利用蒸鍍在支持體上的化學氣相沉積(CVD)法進行涂敷。它由如下工序構成將原料P-二甲苯熱分解，將生成物在甲苯、苯等有機溶劑中急冷，得到稱作二聚物的二對二甲苯；將二聚物熱分解，生成穩定的自由基對二甲苯氣體；將發生的氣體吸附在原料上，聚合形成分子量約50萬的聚對二甲苯膜。
Parylene蒸鍍時的壓力比金屬真空蒸鍍時的壓力0.001乇高，為0.1～0.2乇。并且，在蒸鍍時，在單分子膜蓋住被覆蓋物全體后，將Parylene蒸鍍在其上。因而，能夠以均勻的厚度生成厚0.2μm以上沒有針孔的的薄膜，在液體狀態下不可能進行的銳角部和邊緣物以及微米量級的狹小間隙的涂敷都成為可能。還有，由于涂敷時不需要熱處理，可以在接近室溫的溫度下進行涂敷，所以，不伴隨硬化發生機械應力和熱變形，涂敷的穩定性也好。另外，可以向幾乎所有的固體材料進行涂敷。
還有，若無機膜10具有X射線透過性，則能夠使用對可見光透明、不透明或反射性等各種材料，能夠使用Si、Ti、Cr的氧化膜和金、銀、鋁等金屬薄膜。尤其是若使用具有對可見光反射性的膜，則由于具有使防止閃爍器7發生的熒光泄漏到外部而使靈敏度上升的效果。所以是希望的。這里，使用容易成形的Al為例來說明。雖然Al本身在空氣中容易腐蝕，但由于無機膜10被第一有機膜9和第二有機膜11夾著，所以可受到保護而不受腐蝕。
該保護膜12雖然由上述Parylene涂敷形成，但由于是用CVD法形成，所以，形成為蓋著受光元件陣列6的整個表面。因而，為使焊盤4露出，需要切斷比焊盤4更內側的Parylene涂料形成的保護膜12，除去外部的保護膜12。如下文所述，通過切斷位于樹脂框8的框部分的大約中心附近的保護膜12，保護膜12的外周部被樹脂框8固定，所以，能夠防止保護膜12從外周部上剝落下來。另外，該保護膜12的外周部及其下的樹脂框8一起用覆蓋樹脂13涂覆。覆蓋樹脂13最好使用與保護膜12及樹脂框8的粘接性良好的樹脂，例如丙烯酸類粘接劑的協立化學工業株式會社生產的WORLD ROCK NO.80-SET2(70,000cP型)。該樹脂粘接劑通過用100mw/cm2的紫外線照射大約20秒就硬化，硬化膜柔韌并具有充夠的強度，其耐濕、耐水、耐電解性、耐移動性好，具有與各種材料特別是玻璃、塑料等的粘接性良好、適于用作覆蓋樹脂13的特性。也可使用和樹脂框8相同的硅樹脂。還有，樹脂框8也可以使用與覆蓋樹脂13相同的丙烯酸類粘接劑。
接著，參照圖3的圖11說明該實施例的制造工序。如圖4所示，利用蒸鍍法生長厚僅600μm的鉈摻雜的CsI柱狀晶體，在圖3所示的受光元件陣列6的受光面上形成閃爍器7層。
另一方面，如圖5所示，在受光單元的外周和受光元件陣列外周之間、在焊盤4內側的鈍化膜5上沿受光單元的外周以寬1mm、高0.6mm的細長框狀形成樹脂框8。在該框形成中，最好使用例如巖下工程公司生產的Autoshooter-3型自動X-Y切削裝置。此時，由于進一步提高了與在上部形成的第一有機膜9的密合性，所以比對樹脂框8的表面進行粗面處理更好。所謂粗面處理，是指加進線紋、在表面形成多個小的坑洼的處理。
形成閃爍器7層的CsI吸濕性高，并且露出，會吸收空氣中的水蒸氣而溶解。因而，為防止這種情況，如圖6所示，利用CVD法，用厚10μm的Parylene包入基板全體，形成第一有機膜9。雖然在CsI的柱狀結晶中有間隙，但由于Parylene以某一程度進入該狹小的間隙中，所以，第一有機膜9密合在閃爍器7的層上。另外，利用Parylene涂敷，在凹凸的閃爍器7層的表面上得到厚度均勻的精密薄膜涂層。如前所述，Parylene的CVD形成能夠在以比金屬蒸鍍時的更低的真空度和常溫下進行，所以加工容易。
另外，如圖7所示，通過蒸鍍法在入射面一側的第一有機膜9的表面上沉積一層0.2μm厚的Al膜，形成無機膜10。并且，通過再次CVD法將Parylene以10μm的厚度被覆在基板全體的表面上，形成第二有機膜(參考圖8)。該第二有機膜11因使無機膜10免于腐蝕而防止劣化。
用切削機14沿樹脂框8的長度方向切斷這樣形成的保護膜12(參考圖9)。因為用樹脂框8形成凸部，故切斷位置容易確認，并且在插入切削機14時樹脂框8的厚度有裕度，故不會損壞樹脂框8之下的信號線3，加工簡單，提高了產品的成品率。并且，除去從切斷部分以外及X射面內側(即非入射面側)的保護膜12，使與外部電路連接用的焊盤4露出(參考圖10)。之后，用丙烯酸樹脂構成的覆蓋樹脂13進行涂敷以蓋住保護膜12的外周部和露出的樹脂框8，之后用紫外線照射使覆蓋樹脂13硬化(參考圖11)。
這里，一般說來，鈍化膜5與第一有機膜9的密合性差。然而，根據本實施例的結構，由于在第一有機膜9和鈍化膜5之間夾入與二者都密合的樹脂框8，所以，第一有機膜9由于樹脂框8而密合在鈍化膜5上。還有，雖然即使不設置覆蓋樹脂9保護膜12也通過樹脂框8密合在受光元件陣列12上，但若形成覆蓋樹脂13，則包括第一有機膜9的保護膜12被樹脂框8和覆蓋樹脂13夾住而固定，因而更加提高了保護膜12密合到受光元件陣列6上的密合性，所以是希望的。這樣，由于利用保護膜12使閃爍器7密封，所以能夠可靠地防止水分侵入到閃爍器7，能夠防止因閃爍器7的吸濕劣化而使元件的分辨率降低。
接著，使用圖1和圖2說明本實施例的動作。從入射面側入射的X射線(放射線)透過第一有機膜9、無機膜10和第二有機膜11，到達閃爍器9。該X射線被閃爍器7吸收，放射與X射線的光量成正比的可見光。在放射的可見光中，與X射線的入射方向相反的可見光透過第二有機膜11，在無機膜10處反射。因而，在閃爍器7上發生的可見光幾乎全部都經過鈍化膜5入射到受光元件2上。因此，可進行高效率的檢測。
在各受光元件2上，利用光電變換生成與該可見光的光量對應的電信號并累積一定時間。到達受光元件2的可見光的光量由于與入射的X射線的光量對應，在各個受光元件2上累積的電信號與入射的X射線的光量對應，就成為與X射線圖像對應的圖像信號。受光元件2上累積的該圖像信號通過信號線3從焊盤4上依次讀出，傳送到外部，通過用預定的處理電路處理后，能夠顯示X射線圖像。
在上面的說明中，作為保護膜12說明了在Parylene制的第一有機膜9、11間夾有無機膜10的結構的保護膜，但也可以是第一有機膜9和第二有機膜11的材料不同的保護膜。還有，在無機膜10使用抗腐蝕性強的材料時，也可以不設置第二有機膜11。
在這里是以將樹脂框8和覆蓋樹脂13形成在受光元件陣列6的受光元件2部分的外側的鈍化膜5上為例說明的，但在受光元件2與焊盤4鄰接的情況下，在其邊界部分上形成樹脂框8是困難的。為使焊盤4可靠地露出且用覆蓋樹脂13可靠地涂敷保護膜12的周圍，最好把樹脂8及覆蓋樹脂13的位置挪到受光元件2側。為此，閃爍器7不是在受光元件2的整個面上形成，而是在除去焊盤4附近的畫素的有效畫面區的受光元件2上形成。之后，對在有效畫面區的外側即無效象素上形成的樹脂框，形成保護膜12，以便蓋住形成的閃爍器7層，直到到達樹脂框8為止。之后，沿樹脂框8的長度方向切斷保護膜12，除去有效畫面區之外的保護膜12，利用覆蓋樹脂13沿樹脂框8涂敷保護膜12的邊緣。在這種情況下，由于焊盤4附近的象素都被樹脂框8和覆蓋樹脂13蓋住，其前面不存在閃爍器7，所以，對放射線的靈敏度降低，結果，這些象素不能使用，受光元件2的有效象素數及有效畫面面積減少；但是在受光元件2為大畫面全部象素數多的情況下，具有無效象素的比例減少、由于元件的結構而使得制作容易的優點。
接著，參考圖12、圖13說明本發明的另一實施例。圖12是該實施例的放射線檢測元件的上面圖，圖13是其B-B放大剖面圖。該元件的基本結構與圖1和圖2所示實施例的元件相同，下面說明不同點。
在圖12、圖13所示的實施例中，保護膜12被形成在受光元件陣列6的受光面一側和其內側(即非受光面一側)的前面，只有焊盤4部分露出。并且，形成樹脂框8，將露出的焊盤4部分圍住，在該樹脂框8上沿保護膜12的邊界(邊緣)涂敷覆蓋樹脂13。由于在本實施例中焊盤4部也可靠地露出，保護膜12被樹脂框8和覆蓋樹脂13可靠地密合在受光元件陣列6上，所以，閃爍器7的層被密封，能夠防止吸濕而劣化。
這一點在在焊盤4小的CVD及MOS型攝影元件的情況下減少有可能引起保護膜剝落的邊界部分即邊緣部分的長度時極為有效。
另外，在上面的說明中，對從受光元件上的閃爍器側入射放射線的所謂表面入射型的放射線檢測元件進行了說明，但本發明也可適用于從基板側入射放射線的所謂內側入射型的放射線檢測元件。這里的內側入射型的放射線檢測元件能夠作為高能量的放射線檢測元件使用。
如上所說明的那樣，根據本發明，為保護吸溫性高的閃爍器，在閃爍器上形成由Parylene等構成的保護膜，該保護膜的外周利用樹脂層與受光元件陣列接合，因此閃爍器層被密封。特別是，由于防止了從保護膜的邊緣上剝落，提高了耐濕性。
另外，若用覆蓋樹脂蓋住該邊緣，則進一步提高了密封性，耐濕性也提高。
根據本發明的制造方法，在形成保護膜后除去不要的部分，所以，與只在必要部分形成保護膜的情況相比，容易形成均勻狀態的保護膜，使焊盤可靠地露出。還有，由于保護膜浸透到閃爍器層的柱狀結晶的間隙中，所以，保護膜和閃爍器層的密合性提高了。還有，在切斷機切斷時僅樹脂層的厚度就具有切入余裕，所以，盡管不提高切斷工具的精度也不損壞讀出檢測信號的信號線，提高了產品的成品率。
當然，可以從上述本發明的說明出發對本發明進行各種變形。不應認為這些變形脫離了本發明的思想和發明范圍，在下面的權利要求
的范圍中包括了本領域技術人員所知的所有改良。
本發明的放射線檢測元件可應用于特別是在醫療、工業用X射線照相中使用的大面積放射線圖像系統。特別是在取代當前廣泛使用的X射線膠片的胸部X射線照相等中使用。
權利要求
1.一種放射線檢測元件，包括受光元件陣列，將多個受光元件在基板上一維或二維排列形成其受光單元，并把與該受光元件的各行或各列的所述受光元件電連接的多個焊盤配置在該受光單元的外部；閃爍器層，該閃爍器層至少在所述受光單元的受光元件的有效畫面區域上層積形成，并把放射線變換成可見光；以封閉框狀形成的由樹脂構成的一個或多個樹脂框，該樹脂框把所述受光元件陣列上的形成了閃爍器層的區域和配置了焊盤的區域區分開來；以及放射線可通過的耐濕保護膜，該耐濕保護膜覆蓋所述閃爍器層、所述受光元件的包圍所述閃爍器層的表面、以及所述樹脂框，至少使所述焊盤露出，其中用所述樹脂框把所述耐濕保護膜的邊緣與所述受光元件結合起來。
2.如權利要求
1所述的放射性檢測元件，其特征在于所述樹脂以包圍上述有效畫面區域的、基本為矩形的形狀形成。
3.如權利要求
1或2所述的放射性檢測元件，其特征在于所述一個或多個樹脂框在包圍上述各個焊盤區域的基本為矩形的區域上形成。
4.如權利要求
1所述的放射性檢測元件，其特征在于還包括覆蓋上述耐濕保護膜的邊緣和上述樹脂框的覆蓋樹脂。
5.如權利要求
1所述的放射性檢測元件，其特征在于所述耐濕保護膜由包括有機膜的兩層以上的多層膜組成。
6.如權利要求
5所述的放射性檢測元件，其特征在于所述耐濕保護膜包括至少一層無機膜。
7.一種放射線檢測元件的制造方法，其特征在于包括將多個受光元件在基板上一維或二維排列形成受光元件陣列的受光單元，將與所述受光單元的各行或各列受光元件電連接的多個焊盤配置在所述受光單元的外部的工序；至少在所述受光元件陣列的受光單元的有效畫面區域的受光元件上積層而形成把放射線變換成可見光的閃爍器層的工序；用樹脂在上述受光元件陣列上形成把所述閃爍器層和所述焊盤部分區來的一個或多個封閉框狀的樹脂框的工序；形成包覆整個所述受光元件陣列的、放射線可通過的耐濕保護膜的工序；以及在所述樹脂框的上方切斷耐濕保護膜，除去焊盤部分上的所述耐濕保護膜，使焊盤部分露出的工序。
8.如權利要求
7所述的放射線檢測元件的制造方法，其特征在于還包括用樹脂覆蓋所述耐濕保護膜邊緣和所述樹脂框的工序。
9.如權利要求
7或8所述的放射線檢測元件的制造方法，其特征在于，形成所述耐濕保護膜的工序包括形成放射線可通過的第一有機膜的工序；以及在所述第一有機膜上進一步沉積一層以上的膜，形成兩層以上的多層膜組成的放射線可通過的耐濕保護膜的工序。
10.如權利要求
9所述的放射線檢測元件的制造方法，其特征在于所述耐濕保護膜包括至少一層無機膜。
專利摘要
將受光元件2二維排列在基板上，把用信號線3與各行或各列的受光元件2電連接的焊盤4排列在基板1的外周邊上，在受光元件2和信號線3上設置保護用的鈍化膜5，形成受光元件陣列6。在該受光元件陣列6的受光面上積層形成CsI柱狀晶體的閃爍器7。另一方面，在焊盤4的內側配置細長的框狀的樹脂框8，包圍受光單元的外周。在框內形成用Parylene制的有機膜9、11夾住無機膜10的保護膜12。用被覆樹脂13將保護膜12的外周密合在樹脂框8上。
文檔編號G01T1/24GKCN1133881SQ98800398
公開日2004年1月7日 申請日期1998年2月12日
發明者本目卓也, 雄, 高林敏雄, 人, 佐藤宏人 申請人:浜松光子學株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan