Brevet FR2868546A1 — publié le 20051007

ASSEMBLAGE D'UN DETECTEUR DE RAYONNEMENT La présente invention concerne un détecteur de rayonnement comportant un capteur photosensible associé à un convertisseur de rayonnement. Les domaines d'application de ce type de détecteur sont notamment la détection de rayonnements X utilisés en radiologie: radiographie, fluoroscopie, mammographie, et également pour le contrôle non destructif. L'invention sera décrite en rapport avec un détecteur de rayonnement X. Il est bien entendu que l'invention peut être mise en oeuvre dans tout type de détecteur pour lequel le capteur photosensible n'est pas directement sensible au rayonnement à détecter, et pour lequel il est donc nécessaire d'interposer un convertisseur de rayonnement entre une fenêtre d'entrée du détecteur et le capteur photosensible. De tels détecteurs de rayonnement sont connus par exemple par le brevet français FR 2 605 166 dans lequel un capteur formé de photodiodes en silicium amorphe est associé à un convertisseur de rayonnement. Le fonctionnement et la structure d'un tel détecteur de rayonnement vont être rappelés succinctement. Le capteur photosensible est généralement réalisé à partir d'éléments photosensibles à l'état solide arrangés en matrice. Les éléments photosensibles sont réalisés à partir de matériaux semi-conducteurs, le plus souvent du silicium mono cristallin pour les capteurs de type CCD ou CMOS, du silicium poly cristallin ou amorphe. Un élément photosensible comporte au moins une photodiode, un phototransistor ou une photo résistance. Ces éléments sont déposés sur un substrat, généralement une dalle de verre. Ces éléments ne sont généralement pas sensibles directement aux rayonnements de longueurs d'ondes très courtes comme le sont les rayons X ou gamma. C'est pourquoi, on associe le capteur photosensible à un convertisseur de rayonnement qui comporte une couche d'une substance scintillatrice. Cette substance a la propriété, lorsqu'elle est excitée par de tels rayonnements, d'émettre un rayonnement de longueur d'onde supérieure, par exemple de la lumière visible ou proche du visible, auquel est sensible le capteur. La lumière émise par le convertisseur de rayonnement illumine les éléments photosensibles du capteur qui effectuent une conversion photoélectrique et délivrent des signaux électriques exploitables par des circuits appropriés. Le convertisseur de rayonnement sera appelé scintillateur dans la suite de la description. Certaines substances scintillatrices de la famille des halogénures alcalins ou des oxysulfures de terres rares sont fréquemment employées 5 pour leurs bonnes performances. Parmi les halogénures alcalins, l'iodure de césium dopé au sodium ou au thallium selon que l'on souhaite une émission vers 400 nanomètres ou vers 550 nanomètres respectivement, est connu pour sa forte absorption des rayons X et pour son excellent rendement de fluorescence. Il se présente sous la forme de fines aiguilles que l'on fait croître sur un support. Ces aiguilles sont sensiblement perpendiculaires à ce support et elles confinent en partie la lumière émise vers le capteur. Leur finesse conditionne la résolution du détecteur. Les oxysulfures de lanthane et de gadolinium sont aussi très employés pour les mêmes raisons. Mais parmi ces substances scintillatrices, certaines ont comme inconvénient d'être peu stables, elles se décomposent partiellement lorsqu'elles sont exposées à l'humidité et leur décomposition libère des espèces chimiques qui migrent soit vers le capteur soit à l'opposé du capteur. Ces espèces sont très corrosives. L'iodure de césium et I'oxysulfure de lanthane ont notamment cet inconvénient. En ce qui concerne l'iodure de césium, sa décomposition donne de l'hydroxyde de césium Cs+ OH" et de l'iode libre 12 qui peut ensuite se combiner avec des ions iodures pour donner le complexe I3-. En ce qui concerne I'oxysulfure de lanthane sa décomposition 25 donne du sulfure d'hydrogène H2S chimiquement très agressif. L'humidité est extrêmement difficile à supprimer. L'air ambiant ainsi que la colle utilisée pour l'assemblage du détecteur en contiennent toujours. La présence d'humidité dans la colle est due soit à l'air ambiant, soit comme sous-produit de la polymérisation si celle-ci résulte de la condensation de deux espèces chimiques, ce qui est fréquent. L'un des aspects importants lors de la réalisation de ces détecteurs sera de minimiser la quantité d'humidité présente initialement à l'intérieur du détecteur, et en contact avec le scintillateur, et d'éviter la diffusion de cette humidité à l'intérieur du capteur lors de son fonctionnement. Dans une première configuration, dite du scintillateur rapporté, la substance scintillatrice est déposée sur un support que le rayonnement à détecter doit traverser avant d'atteindre le capteur. L'ensemble est alors collé sur le capteur. Dans une seconde configuration, dite du dépôt direct, le capteur sert de support à la substance scintillatrice qui est alors en contact direct et intime avec le capteur. La substance scintillatrice est ensuite recouverte d'une feuille de protection. Les deux configurations présentent chacune des avantages et des inconvénients. o Un avantage de la première configuration, dite du scintillateur rapporté, est que le capteur et le scintillateur ne sont assemblés que s'ils ont été testés avec succès ce qui permet d'améliorer le rendement global de fabrication. D'autres avantages de cette configuration apparaîtront à la lecture 15 de la demande de brevet français FR 2 831 671. L'invention cherche à améliorer la fabrication d'un détecteur de rayonnement réalisé selon la première configuration et plus précisément, l'invention cherche à améliorer le collage utilisé dans l'assemblage du scintillateur et du capteur. Ce collage est actuellement réalisé en utilisant une colle spécialement conçue pour ses propriétés optiques et notamment pour sa transparence optique aux longueurs d'ondes émises par le scintillateur. On utilise par exemple un gel à base de silicone. De plus, la qualité de l'image délivrée par le capteur dépend de l'épaisseur de la couche de colle utilisée. En effet, le rayonnement lumineux généré par le scintillateur doit traverser la couche de colle avant d'être absorbée par le capteur. La dispersion du rayonnement sera d'autant plus faible que l'épaisseur de la couche de colle sera mince. Par ailleurs, la dispersion du rayonnement influe essentiellement sur la résolution de l'image qui doit rester homogène sur toute la surface de l'image. Ceci impose de déposer la colle dans une épaisseur la plus constante possible. Pour ce faire, la colle est actuellement déposée par sérigraphie sur l'un ou sur les deux éléments à assembler. Dans les cas des scintillateurs à base d'iodure de césium, la couche de colle doit avoir une épaisseur minimale afin de permettre un bon accrochage mécanique et un enrobage suffisant par la colle des aiguilles d'iodure de 2868546 4 césium. L'enrobage des aiguilles d'iodure de césium est important pour assurer la qualité de l'interface optique entre le scintillateur et la colle. L'invention a pour but de simplifier la réalisation de détecteurs obtenus par collage d'un scintillateur sur un capteur. A cet effet, l'invention a pour objet, un détecteur de rayonnement comportant un capteur photosensible, un scintillateur transformant le rayonnement en un rayonnement auquel le capteur photosensible est sensible, le scintillateur étant fixé par collage sur le capteur photosensible, caractérisé en ce que le collage du scintillateur sur le capteur photosensible 1 o est réalisé au moyen d'un film adhésif. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant un capteur photosensible, un scintillateur transformant le rayonnement en un rayonnement auquel le capteur photosensible est sensible, le scintillateur étant fixé par collage sur le capteur photosensible, caractérisé en ce que le collage du scintillateur sur le capteur photosensible est réalisé au moyen d'un film adhésif et en ce qu'il comporte les opérations suivantes: É positionnement du capteur photosensible, du film adhésif et du scintillateur, É pressage sous vide de l'ensemble formé du capteur photosensible, du film adhésif et du scintillateur, É chauffage de l'ensemble formé du capteur photosensible, du film adhésif et du scintillateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description de deux modes de réalisation donnés à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel: la figure 1 représente un détecteur de rayonnement utilisé en 30 radiologie dont le scintillateur comporte de l'iodure de césium. ; la figure 2 représente un autre détecteur de rayonnement utilisé en radiologie dont le scintillateur comporte de I'oxysulfure de gadolinium. Sur ces figures, les échelles ne sont pas respectées dans un souci de clarté. De plus, les mêmes éléments porteront les mêmes repères. La figure 1 représente un détecteur de rayonnement comprenant un capteur photosensible 1 comportant un substrat 2, par exemple formé d'une dalle en verre, supportant des éléments photosensibles 3. Chaque élément photosensible 3 est monté entre un conducteur de ligne et un conducteur de colonne de manière à pouvoir être adressé. Les conducteurs ne sont pas visibles sur la figure 1 dans un but de simplification. Les éléments photosensibles 3 et les conducteurs sont généralement recouverts d'une couche de passivation 4 destinée à les protéger de l'humidité. Le détecteur de rayonnement comprend également un scintillateur 1 o 5 couplé optiquement avec le capteur 1. Le couplage optique est réalisé au moyen d'un film adhésif 6. Le scintillateur 5 comporte une couche de substance scintillatrice 7, représentée avec une structure en aiguilles, déposée sur un support 8. Le support 8 porte ainsi la substance scintillatrice 7. La substance scintillatrice 7 appartient à la famille des halogénures alcalins tel l'iodure de césium qui est particulièrement sensible à l'oxydation humide. Dans le détecteur de rayonnement représenté sur la figure 1, une fenêtre d'entrée 10 est posée sur le scintillateur 5 sans être fixée sur lui. Le rayonnement traverse la fenêtre d'entrée 10 en amont du scintillateur 5. Un joint de scellement 11 étanche à l'humidité fixe la fenêtre d'entrée 10 au capteur 1 ou plus précisément à son substrat 2. Le principal avantage de la mise en place d'une fenêtre d'entrée 10 distincte du support 8 du scintillateur 5 est d'améliorer l'étanchéité du détecteur de rayonnement vis à vis de l'air ambiant auquel l'iodure de césium est particulièrement sensible. En effet, on choisit le matériau de la fenêtre d'entrée 10 de telle sorte que son coefficient de dilatation thermique soit voisin de celui du substrat 2. Ceci permet d'utiliser un joint de scellement 11 rigide présentant une bonne étanchéité à l'humidité. La figure 2 représente un autre détecteur de rayonnement utilisé en radiologie dont la substance scintillatrice 7 comporte un oxysulfure de terre rare tel que par exemple l'oxysulfure de gadolinium ou encore l'oxysulfure de lanthane. Ce détecteur de rayonnement comprend les mêmes éléments que le détecteur de rayonnement représenté sur la figure 1 à l'exception de la fenêtre d'entrée 10. En effet, le scintillateur 5 réalisé avec de l'oxysulfure de terre rare utilise un liant plastique lui conférant une bonne étanchéité intrinsèque. Il n'est donc pas nécessaire de renforcer l'étanchéité de l'ensemble du détecteur de rayonnement. Dans le détecteur de rayonnement représenté sur la figure 2 la fonction fenêtre d'entrée est réalisée directement au moyen du support 8 du scintillateur 5. Ce support est par exemple réalisé dans un alliage d'aluminium. Cet alliage a un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui d'un substrat 2 réalisé en verre. Le joint de scellement 11 relie le support 8 au substrat 2. Du fait de la différence de coefficient de dilatation entre le support 8 et le substrat 2, on utilisera un joint 11 souple par exemple à base de silicone qui par nature est moins étanche à l'humidité qu'un joint de scellement 11 rigide tel que décrit à l'aide de la figure 1. Avantageusement, le film adhésif 6 est dépourvu d'adhérence à température ambiante. Cela permet de faciliter le positionnement du scintillateur 5 par rapport au capteur 1 avant la mise en oeuvre du collage effectif à l'aide du film adhésif 6. L'absence d'adhérence à température ambiante présente un autre avantage dans le cas du scintillateur comportant de l'oxysulfure de gadolinium. En effet, la structure en aiguilles des scintillateurs à base d'iodure de césium permet l'évacuation de l'air emprisonné entre le capteur 1 et le scintillateur 5 lors de leur rapprochement. Par contre, les scintillateurs réalisés à base d'oxysulfure de gadolinium utilisent un liant de type plastique leur conférant une surface lisse qui ne permet pas l'évacuation de l'air emprisonné entre le capteur 1 et le scintillateur 5 comme dans le cas d'une structure en aiguille. L'absence d'adhérence permet en conséquence d'évacuer l'air emprisonné entre le capteur 1 et le scintillateur 5 lors du positionnement du scintillateur 5 par rapport au capteur 1 avant la mise en oeuvre du collage effectif à l'aide du film adhésif 6. Avantageusement, le film adhésif 6 est thermofusible. Autrement dit, la mise en oeuvre du collage au moyen du film adhésif 6 se fait en augmentant la température de l'ensemble formé par le capteur 1, le film adhésif 6 et le scintillateur 5 une fois positionnés entre eux. Avantageusement, le film adhésif 6 comporte du polyéthylène ou du polypropylène ou du polyuréthane ou du polyamide ou du polyvinylbutyral ou de l'éthylène-vinyl acétate. 2868546 7 Avantageusement le film adhésif 6 a une épaisseur comprise entre 20 et 40 m. Cette épaisseur est inférieure à ce qui est possible de réaliser avec des moyens de mise en oeuvre d'une colle optique connue disponible sous forme liquide ou de gel. On utilise par exemple la sérigraphie pour déposer la colle de façon la plus homogène possible. Ce moyen de mise en oeuvre ne permet pas en pratique d'obtenir une couche de colle homogène d'épaisseur inférieure à 40 m. En revanche, on peut obtenir des films adhésifs d'épaisseur parfaitement contrôlée égale à 25 m par laminage. Pour réaliser un détecteur de rayonnement conforme à l'invention, on peut utiliser un procédé comportant les opérations suivantes: É positionnement du capteur 1, du film adhésif 6 et du scintillateur 5, É pressage sous vide de l'ensemble formé du capteur 1, du film adhésif 6 et du scintillateur 5, É chauffage de l'ensemble formé du capteur 1, du film adhésif 6 et du scintillateur 5. L'opération de pressage sous vide permet d'éliminer tout l'air emprisonné entre le capteur 1 et le scintillateur 5 avant le collage effectif qui s'effectue lors de l'opération de chauffage. On peut réaliser l'opération de pressage sous vide en posant l'ensemble formé du capteur 1, du film adhésif 6 et du scintillateur 5 sur un support et en recouvrant le tout d'une membrane. On réalise ensuite le vide à l'intérieur de la membrane. Le vide plaque la membrane sur l'ensemble formé du capteur 1, du film adhésif 6 et du scintillateur 5 ce qui assure le pressage. On a constaté que lors de l'opération de chauffage, le film adhésif 6 se liquéfiait progressivement lorsque la température augmente. En conséquence, la température de chauffe sera déterminée notamment pour assurer un enrobage suffisant des aiguilles du scintillateur 5 dans le cas d'un scintillateur 5 comportant de l'iodure de césium et pour conserver une épaisseur du film adhésif 6 la plus constante possible une fois le collage réalisé. En fonction de la composition retenue pour le film adhésif 6 sa température de mise en oeuvre est généralement comprise entre 60 et 220 degrés celcius. REVENDICATIONS 1. Détecteur de rayonnement comportant un capteur (1) photosensible, un scintillateur (5) transformant le rayonnement en un rayonnement auquel le capteur (1) photosensible est sensible, le scintillateur (5) étant fixé par collage sur le capteur (1) photosensible, caractérisé en ce que le collage du scintillateur (5) sur le capteur (1) photosensible est réalisé au moyen d'un film adhésif (6). 2. Détecteur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film adhésif (6) est dépourvu d'adhérence à température 10 ambiante. 3. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film adhésif (6) a une épaisseur comprise entre 20 et 40 m. 4. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film adhésif (6) est thermofusible. 5. Détecteur de rayonnement selon la revendication 4, caractérisé 20 en ce que le film adhésif (6) comporte du polyéthylène. 6. Détecteur de rayonnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le film adhésif (6) comporte du polypropylène. 7. Détecteur de rayonnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le film adhésif (6) comporte du polyuréthane. 8. Détecteur de rayonnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le film adhésif (6) comporte du polyamide. 9. Détecteur de rayonnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le film adhésif (6) comporte du polyvinylbutyral. 10. Détecteur de rayonnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le film adhésif (6) comporte de l'éthylène-vinyl acétate. 11. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que le scintillateur (5) comporte un halogénure alcalin. 12. Détecteur de rayonnement selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'halogénure alcalin est un iodure de césium. 13. Détecteur de rayonnement selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une fenêtre d'entrée (10) traversée par le rayonnement en amont du scintillateur (5), en ce que la fenêtre d'entrée (10) est posée sur le scintillateur (5), sans être fixée au scintillateur (5) et en ce qu'un joint de scellement (11) étanche à l'humidité fixe la fenêtre d'entrée (10) et le capteur (1). 14. Détecteur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le scintillateur (5) comporte un oxysulfure de terre 20 rare. 15. Détecteur de rayonnement selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'oxysulfure de terre rare est un oxysulfure de gadolinium. 16. Procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant un capteur (1) photosensible, un scintillateur (5) transformant le rayonnement en un rayonnement auquel le capteur (1) photosensible est sensible, le scintillateur (5) étant fixé par collage sur le capteur (1) photosensible, caractérisé en ce que le collage du scintillateur (5) sur le capteur (1) photosensible est réalisé au moyen d'un film adhésif (6) et en ce qu'il comporte les opérations suivantes: É positionnement du capteur (1) photosensible, du film adhésif (6) et du scintillateur (5), É pressage sous vide de l'ensemble formé du capteur (1) photosensible, du film adhésif (6) et du scintillateur (5), É chauffage de l'ensemble formé du capteur (1) photosensible, du film adhésif (6) et du scintillateur (5).