Brevet FR2916575A1 — publié le 20081128

Procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement La présente invention concerne un procédé de réalisation d'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 1 o 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 15 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 20 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. 25 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 30 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 10 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. 15 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 l'oxysulfure 20 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 l'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, sous lequel l'opération de scellement est réalisée, en contient toujours. L'un des aspects importants lors de la réalisation de ces détecteurs sera de minimiser la quantité d'humidité présente initialement à 30 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. Un avantage de la première configuration, dite du scintillateur rapporté, est que le capteur et le scintillateur ne sont assemblés que s'ils ont 1 o été testés avec succès ce qui permet d'améliorer le rendement global de fabrication. D'autres avantages de cette configuration apparaîtront à la lecture de la demande de brevet français FR 2 831 671. L'invention cherche à améliorer la fabrication d'un détecteur de 15 grande dimension nécessitant le raboutage de plusieurs capteurs photosensibles de plus petites dimensions, le détecteur de rayonnement étant réalisé selon la première configuration. Les figures 1 a à 1d décrivent un mode opératoire permettant la réalisation des ensembles raboutés. 20 Des capteurs 1 de petites dimensions sont alignés et positionnés individuellement. Un joint d'étanchéité 2 est positionné entre les capteurs 1. Un adhésif liquide 3 est ensuite répandu sur les capteurs 1. Le joint d'étanchéité 2 permet d'éviter le fluage de l'adhésif 3 entre les capteurs 1. Un substrat 4 commun aux différents capteurs 1 est ensuite collé sur les 25 capteurs 1 au moyen de l'adhésif 3. Le matériau du joint d'étanchéité 2 doit être de haute viscosité afin d'éviter de fluer lui-même entre les capteurs 1. Cette viscosité doit cependant être suffisamment basse afin d'épouser parfaitement une partie de l'espace que l'adhésif 2 doit remplir entre les capteurs 1. 30 Le matériau de l'adhésif 3 doit, quant à lui, être de viscosité suffisamment basse pour migrer sur l'intégralité des surfaces des capteurs 1 afin de réaliser un collage sur l'intégralité de la surface. Par conte, un adhésif 3 trop fluide aura tendance à déborder en périphérie des capteurs 1. Avec ce mode opératoire, il est impossible de mettre en oeuvre un 35 adhésif unique tenant lieu à la fois d'adhésif 2 et d'adhésif 3. Cet adhésif unique devrait faire face à la contradiction d'être à la fois suffisamment fluide pour migrer sur l'intégralité des surfaces des capteurs 1 et réaliser un collage total, et suffisamment visqueux afin d'éviter de fluer entre les capteurs 1. L'opération suivante dans le mode de réalisation d'un détecteur de rayonnement consiste à déposer sur l'ensemble rabouté ainsi réalisé une couche d'adhésif liquide 5 destiné à coller un scintillateur 6 sur l'ensemble rabouté. L'adhésif 5 est un matériau qui doit être transparent optiquement afin de ne pas absorber la lumière émise par le scintillateur 6 éclairé par un rayonnement X. Le matériau de l'adhésif 5 doit être de viscosité suffisamment basse afin de pénétrer entre les capteurs 1 et de combler totalement l'espace résiduel entre les capteurs 1 laissé libre par l'adhésif 2 déposé lors de l'opération précédente. Il doit également être de viscosité suffisamment élevée afin de ne pas fluer de manière excédentaire sur la périphérie des capteurs 1. L'adhésif 5 doit être suffisamment mince pour permettre une bonne qualité d'image. En effet, la lumière générée par le scintillateur 6 doit traverser cette couche de colle avant d'être absorbée par les capteurs 1. La dispersion de cette lumière sera d'autant plus faible que l'épaisseur de l'adhésif 5 sera mince. On a par exemple mis en oeuvre des adhésifs liquides 5 issus des familles des adhésifs silicones, époxy, acryliques ou toute autre famille. Ces adhésifs liquides doivent être préalablement déposés sur l'une des deux surfaces à coller ou sur les deux. Cette dispense de colle doit être très homogène en épaisseur, et cette épaisseur parfaitement contrôlée afin de permettre une qualité d'image, et notamment de résolution, homogène en tous points de cette image. Les figures 2a à 2d décrivent 4 types de défauts rencontrés lors de la réalisation des détecteurs. Ces défauts de réalisation se traduisent par des défauts dans l'image produite par le détecteur sous insolation de rayonnement X. Sur la figure 2a, le premier défaut est caractéristique d'une viscosité trop faible pour l'adhésif 2 qui s'immisce complètement dans l'espace disponible entre les capteurs 1 et vient en contact directement avec le scintillateur 6 quand celui-ci sera collé au moyen de l'adhésif 5. Ce premier défaut de réalisation se traduit par un défaut sur l'image obtenue par le détecteur. La quantité de lumière atteignant les capteurs 1 sera trop importante à la jonction entre les capteurs 1. La sensibilité du détecteur en ces lieux sera trop importante Sur la figure 2b, le deuxième défaut est caractéristique, soit d'une viscosité trop élevée pour l'adhésif 2, soit d'une viscosité trop élevée pour l'adhésif 5. Ces deux adhésifs ne peuvent pas venir en contact l'un de l'autre et une cavité pleine d'air persiste entre les capteurs 1. Cela peut se traduire par une rupture de la continuité optique des trajets lumineux aux interfaces lorsque la lumière issue du scintillateur 6 va les traverser. Il va s'ensuivre une perte de lumière, et une image trop sombre à l'endroit de ces cavités pleines d'air. Ce type de défaut peut évoluer et créer le troisième défaut, représenté sur la figure 2c dans laquelle le volume d'air piégé peut être expansé et créer des décollements des interfaces collées. Le quatrième défaut représenté sur la figure 2d peut s'observer lorsque les capteurs 1 ne sont pas correctement alignés dans le plan horizontal, et qu'il y a ainsi un défaut d'altimétrie. Une marche mécanique lors du passage d'un capteur 1 à son voisin peut se traduire par une rupture dans la continuité de l'adhésif 5. Ce type de défaut pourrait être résolu par un adhésif 5 dont la viscosité serait suffisamment basse pour épouser la rupture de marche mécanique. Par contre, une viscosité trop basse de l'adhésif 5 peut se traduire par une mauvaise pérénité du contact optique à la rupture de marche. Ainsi, les quatre défauts de réalisation décrits plus haut se traduisent toujours par des ruptures dans la continuité de l'adhésif 5, et des absences de matière ou cavités d'air qui se traduiront par des défauts de couplage optique du scintillateur 6. A l'endroit de ces défauts, l'image pourra être exagérément blanche (premier défaut) ou noire (deuxième à quatrième défauts). La résolution de ces défauts est confrontée à la viscosité des adhésifs 2, 3 et 5 qui nécessiteraient des propriétés contradictoires. Il est en effet demandé aux adhésifs 2, 3 et 5, d'être de viscosités suffisamment basses ou suffisamment élevées pour remplir des fonctions contradictoires. L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant plusieurs capteurs raboutés sans joint d'étanchéité spécifique entre les capteurs. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant un ensemble capteur photosensible, un scintillateur transformant le rayonnement en un rayonnement auquel l'ensemble capteur photosensible est sensible, le scintillateur étant fixé par collage sur l'ensemble capteur, l'ensemble capteur comportant un substrat et 1 o plusieurs capteurs raboutés, les capteurs comportant chacun deux faces oposées dont une première est collée sur le substrat et dont une seconde est collée sur le scintillateur, caractérisé en ce qu'on enchaîne les opérations suivantes : • déposer les capteurs par leur seconde face sur un film adhésif ; 15 • coller les capteurs par leur première face sur le substrat. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation donnés à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : 20 les figures la à 1 d représentent un procédé connu de réalisation d'un détecteur de rayonnement ; les figures 2a à 2d représentent plusieurs défauts liés au procédé décrit à l'aide des figures la à 1 d; les figures 3a à 3d représentent une première variante de mise en 25 oeuvre du procédé de l'invention ; les figures 4a à 4c représentent une deuxième variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention ; les figures 5a à 5c représentent une troisième variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention ; 30 les figures 6a à 6d représentent une quatrième variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. Les figures 1 a à 1 d et les figures 2a à 2d ont déjà été décrites plus 35 haut. La figure 3a représente une première étape de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant plusieurs capteurs 1 photosensibles comportant avantageusement une matrice de photodiodes ou de phototransistors de type TFT réalisés sur une dalle de silicium amorphe. La figure 3a ne représente que deux capteurs 1 mais il est bien entendu que l'invention peut être mise en oeuvre pour un plus grand nombre de capteurs 1 raboutés. Les capteurs 1 comportent tous deux, deux faces oposées 11 et 12. Une première étape d'un procédé conforme à l'invention consiste à déposer les capteurs 1 par leur face 12 sur un film adhésif 13 Une seconde étape du procédé consiste à coller les capteurs 1 par leur face 11 sur un substrat 4. Cette étape est illustrée à l'aide des figures 3b et 3c. Dans un premier temps de cette seconde étape, on dépose sur la face 11 des capteurs 1 et dans des interstices 15 séparant les capteurs 1 un adhésif liquide 16. On choisit un adhésif 16 de faible viscosité afin de remplir tout l'espace laissé à sa disposition, notamment les interstices 15. Dans un second temps, on colle les capteurs 1 et le substrat 4 au moyen de l'adhésif liquide 16. Le film 13 empêche l'adhésif liquide 16 de fluer par les interstices 15. Une troisième étape du procédé, illustrée à l'aide de la figure 3d, consiste à coller un scintillateur 6 sur la face 12 des capteurs 1 au moyen du film adhésif 13. Dans la première étape du procédé, les capteurs 1 sont alignés et déposés sur le film adhésif 13 sous vide ou par laminage afin d'éviter le piégeage de bulles d'air entre le film adhésif 13 et les capteurs 1. Le film adhésif 13 par sa nature continue et d'épaisseur constante va assurer une surface parfaitement plane après réalisation de l'ensemble rabouté, et va présenter cette surface plane et exempte de défauts pour le collage optique du scintillateur 6. Une variante de la deuxième étape, illustrée à l'aide des figures 4a à 4c, consiste à placer en périphérie des capteurs 1 un anneau 20 permettant de retenir l'adhésif liquide 16 . Grâce à cet anneau 20, on peut mettre en oeuvre un adhésif 16 à très faible viscosité afin de s'assurer d'un bon remplissage des interstices 15 en évitant d'éventuels débordements de l'adhésif 16 en périphérie des capteurs 1. Outre la rétention de l'adhésif 16 en périphérie des capteurs 1, l'anneau 20 peut également assurer la rigidité d'un ensemble formé par les capteurs 1 et le film adhésif 13. La figure 4a illustre le premier temps de la seconde étape, pendant lequel on dépose l'adhésif liquide 16. La figure 4b illustre le second temps pendant lequel on colle les capteurs 1 et le substrat 4. La figure 4c illustre la troisième étape du procédé pendant laquelle on colle le scintillateur 6 sur la face 12 des capteurs 1 au moyen du film adhésif 13. 1 o Les figure 5a à 5c illustrent une variante du procédé de l'invention dans laquelle on remplace l'adhésif liquide 16 par un second film adhésif 25 pour coller les capteurs 1 au substrat 4. Sur la figure 5a, le film adhésif 25 est déposé sur le substrat 4. Sur la figure 5b, l'ensemble formé par les capteurs 1 et le film 13 est collé sur le substrat 4 et sur la figure 5c, le scintillateur 6 15 est collé sur la face 12 des capteurs 1 au moyen du film adhésif 13. Dans cette variante de réalisation, on peut prévoir de remplir les interstices 15 au moyen d'un adhésif liquide à très faible viscosité pour assurer une bonne continuité optique entre le scintillateur 6 et les différents capteurs 1. 20 Les figure 6a à 6d illustrent une autre variante du procédé de l'invention dans laquelle le collage du scintillateur 6 sur la seconde face 12 des capteurs 1 au moyen du film adhésif 13 intervient avant le collage des capteurs 1 sur le substrat 4. 25 Sur la figure 6a, le film adhésif 13 est déposé sur le scintillateur 6. Sur la figure 6b, les capteurs 1 sont collés sur le scintillateur 6 au moyen du film 13. Sur la figure 6c, l'ensemble formé par les capteurs 1 et le scintillateur 6 est collé sur le substrat 4 au moyen du film adhésif 25 et sur la figure 6d les interstices 15 sont remplis au moyen d'un adhésif liquide à très faible 30 viscosité. Il est bien entendu possible de remplacer le collage des capteurs 1 réalisés à l'aide du film 25 par un collage réalisé à l'aide de l'adhésif 16 comme décrits dans les figure 3 ou 4. Les films adhésifs 13 et 25 peuvent être des masses adhésives 35 brutes transparentes disponibles entre deux opercules pelable de protection. Ce peut être des films transparents revêtus sur leurs deux faces de couches adhésives, protégées elles aussi par des opercules de protection. Ce peut également être des films thermofusibles dont l'adhérence est développées par un traitement thermique, tel que décrit plus bas. Avantageusement, les films adhésifs 13 et 25 sont dépourvus d'adhérence à température ambiante. Cela permet de faciliter le positionnement du scintillateur 6 et du substrat 4 par rapport aux capteurs 1 avant la mise en oeuvre du collage effectif à l'aide des films adhésifs 13 et 25. L'absence d'adhérence à température ambiante présente un autre 1 o avantage dans le cas d'un 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 les capteurs 1 et le scintillateur 6 lors de leur rapprochement. Par contre, les scintillateurs réalisés à base d'oxysulfure de gadolinium utilisent un liant de 15 type plastique leur conférant une surface lisse qui ne permet pas l'évacuation de l'air emprisonné entre les capteurs 1 et le scintillateur 6 comme dans le cas d'une structure en aiguille. L'absence d'adhérence permet en conséquence d'évacuer l'air emprisonné entre les capteurs 1 et le scintillateur 6 lors du positionnement du scintillateur 6 par rapport aux 20 capteurs 1 avant la mise en oeuvre du collage effectif à l'aide du film adhésif 13. Avantageusement, le film adhésif 13 est thermofusible. Autrement dit, la mise en oeuvre du collage au moyen du film adhésif 13 se fait en augmentant la température de l'ensemble formé par le capteur 1, le film 25 adhésif 13 et le scintillateur 5 une fois positionnés entre eux. Avantageusement, le film adhésif 13 comporte du polyéthylène ou du polypropylène ou du polyuréthane ou du polyamide ou du polyvinylbutyral ou de l'éthylène-vinyl acétate. Avantageusement le film adhésif 13 a une épaisseur comprise 30 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 35 homogène d'épaisseur inférieure à 40 m qui puisse permettre de remplir la fonction de couplage optique du scintillateur. En revanche, on peut obtenir des films adhésifs d'épaisseur parfaitement contrôlée égale à 25 m par laminage. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant un ensemble capteur (1, 4) photosensible, un scintillateur (6) transformant le rayonnement en un rayonnement auquel l'ensemble capteur photosensible est sensible, le scintillateur (6) étant fixé par collage sur l'ensemble capteur (1, 4), l'ensemble capteur comportant un substrat (4) et plusieurs capteurs (1) raboutés, les capteurs (1) comportant chacun deux faces oposées (11, 12) dont une première (11) est collée sur le substrat (4) et dont une seconde (12) est collée sur le scintillateur (6), caractérisé en ce qu'on enchaîne les opérations suivantes : • déposer les capteurs (1) par leur seconde face (12) sur un film adhésif (13) • coller les capteurs (1) par leur première face (11) sur le substrat (4). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 l'opération de collage des capteurs (1) sur le substrat (4) comprend les opérations suivantes : • déposer sur la première face (11) des capteurs (1) et dans des interstices (15) séparant les capteurs (1) un adhésif liquide (16) ; • coller les capteurs (1) et le substrat (4) au moyen de l'adhésif liquide 20 (16). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'avant de déposer l'adhésif liquide (16), on place en périphérie des capteurs (1) un anneau (20) permettant de retenir l'adhésif liquide (16). 25 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de collage des capteurs (1) sur le substrat (4) comprend les opérations suivantes : • déposer sur la première face (11) des capteurs un second film adhésif 30 (25) ; • coller les capteurs (1) et le substrat (4) au moyen du second film adhésif (25).5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on remplit des interstices (15 ) séparant les capteurs (1) au moyen d'un adhésif liquide. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collage du scintillateur (6) sur la seconde face (12) des capteurs (1) est réalisée au moyen du film adhésif (13) et en ce que le collage du scintillateur (6) intervient avant le collage des capteurs (1) sur le substrat (4). 7. Procédé selon l'une quelconques des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le collage du scintillateur (6) sur la seconde face (12) des capteurs (1) est réalisée au moyen du film adhésif (13) et en ce que le collage du scintillateur (6) intervient après le collage des capteurs (1) sur le substrat (4). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs (1) photosensibles comportent une matrice de photodiodes ou de phototransistors de type TFT réalisées sur une dalle de silicium amorphe. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs (1) sont réalisés dans une technologie CMOS. 25 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le scintillateur (6) est réalisé à base d'oxysulfure de gadolinium. 11. Procédé selon l'une quelconques des revendications 1 à 9, 30 caractérisé en ce que le scintillateur (6) est réalisé à base d'iodure de césium. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le film adhésif comporte un matériau compris dans un20groupe comprenant du polyéthylène, du polypropylène, du polyuréthane, du polyamide, du polyvinylbutyral et de l'éthylène-vinyl acétate.5