(57)【要約】【課題】複数の半導体素子を隙間無く並べることで、分解能の向上を図った半導体放射線検出器及びこれを用いた画像診断装置を提供すること。【解決手段】放射線の照射によって電荷を生成する性質を有し、平面方向にほぼ隙間無く並設され、上記放射線が入射する表面に参照電極１４を備え、裏面に電荷収集電極１５を備えた複数の半導体素子１３と、上記複数の参照電極１４を電気的に接続することで、これら参照電極１４を同電位にする複数の配線２５とを具備する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の照射によって電荷を生成する性質を有し、平面方向にほぼ隙間無く並設され、上記放射線が入射する第１の面に第１の電極を備え、この第１の面の反対側の第２の面に第２の電極を備えた複数の半導体素子と、
上記複数の第１の電極を電気的に接続することで、これら第１の電極を同電位にする導電部材と、
を具備することを特徴とする半導体放射線検出器。
【請求項２】
上記導電部材は、上記複数の第１の電極の表面に上記半導体素子の並設方向に沿って設けられた複数の導電性線材であることを特徴とする請求項１記載の半導体放射線検出器。
【請求項３】
上記導電部材は、上記複数の第１の電極の表面全体を被膜する導電性膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体放射線検出器。
【請求項４】
被検体に放射性物質を注入し、この放射性物質から発生する放射線の強度分布を検出することで、上記被検体内を撮像する画像撮像装置において、
上記放射性物質から発生する放射線の強度を検出する複数の検出器を有し、
上記検出器は、
放射線の照射によって電荷を生成する性質を有し、平面方向にほぼ隙間無く並設され、上記放射線が入射する第１の面に第１の電極を備え、この第１の面の反対側の第２の面に第２の電極を備えた複数の半導体素子と、
上記複数の第１の電極を電気的に接続することで、これら第１の電極を同電位にする導電部材と、
を有することを特徴とする画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線やγ線などの放射線のエネルギースペクトル、或いは放射線強度の２次元情報を得るための半導体放射線検出器及びこれを用いた画像診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、Ｘ線やγ線などの放射線の照射によって半導体素子内に電荷が生成する性質を利用した半導体放射線検出器が知られている。
【０００３】
この半導体放射線検出器では、上記性質を持つ半導体素子の両面に電極を設け、これらの電極間にバイアス電圧をかけておくことで、放射線の照射によって半導体素子内に生成された電荷を一方の電極から電気信号として取り出し、この電気信号に基づいて半導体素子に入射した放射線を検出する。
【０００４】
図１２は従来の半導体放射線検出器の構成を示す正面図、図１３は従来の半導体放射線検出器の構成を示す平面図である。
【０００５】
図１２に示すように、この半導体放射線検出装置は、複数の半導体素子５１を有する。各半導体素子５１は、ブロック状に形成されており、その表面と裏面にはバイアス電圧を印加するための参照電極５２と電荷収集電極５３を備えている。
【０００６】
参照電極５２は、半導体素子５１の表面にほぼ全体に亘って形成されている。一方、電荷収集電極５３は、半導体素子５１の裏面で複数に分割されてマトリクス状に形成されている。
【０００７】
これらの半導体素子５１は、配線基板５４の表面に個別基板５５を介して設けられている。この個別電極５５は、半導体素子５１を配線基板５４に接合する際に、半導体素子５１と配線基板５４の線膨張率の差によって半導体素子５１が損傷するのを防ぐ緩衝部材として機能している。
【０００８】
このため、電荷収集電極５３は、個別基板５５に一旦フリップチップ接続されてから、この個別基板５５を介して配線基板５４に接続される。一方の参照電極５２は、ボンディングワイヤ５６によって個別基板５５に一旦接続されてから、この個別基板５５を介して配線基板５４に接続される。
【０００９】
この半導体放射線検出器においては、個別基板５５とボンディングワイヤ５６を介して参照電極５２と電荷収集電極５３の間に所定の電圧を印加し、これにより半導体素子５１内に生じる電界によって半導体素子５１内に生成された電荷を電気信号として各電荷収集電極５３から取り出している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、従来の半導体放射線検出器では、半導体素子５１の参照電極５２がボンディングワイヤ５６によって一旦個別基板５５に接続されてから、配線基板５４に接続される構成となっているため、必然的に個別基板５５のサイズが半導体素子５１よりも大きくなる。
【００１１】
その結果、隣接する半導体素子５１の間に放射線を検出できない隙間の領域５７が生じ、分解能が低下してしまう。
【００１２】
また、半導体放射線検出器の上側には、ボンディングワイヤ５６によって出っ張りが生じ、参照電極５２の表面にコリメータ（不図示）などを取付ける際に、その配置が制限されてしまう。
【００１３】
さらに、ボンディングワイヤ５６による接続を用いているため、接続信頼性に乏しく、さらに参照電極５２の材質も限られてしまう。
【００１４】
本発明は、複数の半導体素子を隙間無く並べることで、分解能の向上を図った半導体放射線検出器及びこれを用いた画像診断装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の半導体放射線検出器及びこれを用いた画像撮像装置は次のように構成されている。
【００１６】
（１）放射線の照射によって電荷を生成する性質を有し、平面方向にほぼ隙間無く並設され、上記放射線が入射する第１の面に第１の電極を備え、この第１の面の反対側の第２の面に第２の電極を備えた複数の半導体素子と、上記複数の第１の電極を電気的に接続し、これら第１の電極を同電位にする導電部材とを具備することを特徴とする。
【００１７】
（２）（１）に記載された半導体放射線検出器であって、上記導電部材は、上記複数の第１の電極の表面に上記半導体素子の並設方向に沿って設けられた複数の導電性線材であることを特徴とする。
【００１８】
（３）（１）に記載された半導体放射線検出器であって、上記導電部材は、上記複数の第１の電極の表面全体を被膜する導電性膜であることを特徴とする。
【００１９】
（４）被検体に放射性物質を注入し、この放射性物質から発生する放射線の強度分布を検出することで、上記被検体内を撮像する画像撮像装置において、上記放射性物質から発生する放射線の強度を検出する複数の検出器を有し、上記検出器は、放射線の照射によって電荷を生成する性質を有し、平面方向にほぼ隙間無く並設され、上記放射線が入射する第１の面に第１の電極を備え、この第１の面の反対側の第２の面に第２の電極を備えた複数の半導体素子と、上記複数の第１の電極を電気的に接続し、これら第１の電極を同電位にする導電部材とを有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態に係る検出ユニット１０の構成を示す概略図である。
【００２２】
図１に示すように、この検出ユニット１０は、個別基板１１を有している。この個別基板１１は、プリント配線基板からなり、表面に複数の第１個別電極１２ａ、裏面に第２個別電極１２ｂを備えている。
【００２３】
なお、個別基板１１としては、セラミックやガラスエポキシ樹脂等のうち、線膨張率が半導体素子１３（後述する）に近い素材が用いられる。
【００２４】
個別基板１１の表面側には、ブロック状に形成された４つ（２つのみ図示）の半導体素子１３がほぼ隙間無く、２行２列のマトリクス状に設けられている。ここで重要なのは、個別基板１１が、平面視で上記４つの半導体素子１３によって十分に覆われるような寸法にすることである。半導体素子１３としては、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＨｇＩ２、ＰｂＩなどの素材が用いられる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、４つの半導体素子１３を２行２列に設けているが、複数の半導体素子１３を隙間無く並べるのであれば、その数や配列は特に限定されるものではない。また、半導体素子１３の形状は、上記ブロック状に限定されず、例えば円筒形や多角柱であってもよい。
【００２６】
半導体素子１３の表面（第１の面）には、それぞれ参照電極１４（第１の電極）が設けられている。この参照電極１４は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の導電材料からなり、各半導体素子１３の表面全体に亘って薄膜状に形成されている。参照電極１４の形成方法としては、蒸着法、メッキ法、ＣＶＤ法などが用いられる。
【００２７】
一方、半導体素子１３の裏面（第２の面）には、電荷収集電極１５（第２の電極）が形成されている。この電荷収集電極１５は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の導電材料からなり、半導体素子１３の裏面において複数個、本実施の形態では４つに分割されている（２つのみ図示）。電荷収集電極１５の形成方法としては、蒸着法、メッキ法、ＣＶＤ法等が用いられる。
【００２８】
これら電荷収集電極１５は、それぞれ導電性接着剤１６を介して第１個別電極１２ａに電気的に接続されている。導電性接着剤１６としては、はんだ、銀ペースト、銅ペースト等の等方性の金属ペーストが用いられる。
【００２９】
個別基板１１と半導体素子１３の間には、封止樹脂１７が充填されている。この封止樹脂１７は、個別基板１１と半導体素子１３を固定するとともに、個別基板１１と半導体素子１３の接続部を空気中の酸素や水分から保護している。そのため、封止樹脂１７としては、透湿度の小さいエポキシ系の素材が用いられる。
【００３０】
図３は同実施の形態に係る検出ユニット１０を用いた半導体放射線検出器２０の構成を示す概略図、図４は同実施の形態に係る配線付粘着シート２３の構成を下方から示す斜視図である。
【００３１】
図３に示すように、この半導体放射線検出器２０は、配線基板２１を有している。この配線基板２１は、プリント配線基板からなり、その表面には複数の表面配線（不図示）と、これら表面配線と導通する配線電極２１ａが設けられている。表面配線と配線電極２１ａの素材としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の導電材料が用いられる。
【００３２】
配線基板２１の表面には、上記構成からなる複数、本実施の形態では４つ（２つの図示）の検出ユニット１０が２行２列のマトリクス状に並べて設けられている。これら検出ユニット１０は、隣接する半導体素子１３同士が密着するように配置されている。これによって、検出ユニット１０の表面側から見れば、半導体素子１３がほぼ隙間無く配置されている。
【００３３】
なお、上述のように、個別基板１１は、検出ユニット１０の表面側から見た場合に、半導体素子１３によって十分に覆われるような寸法に設定されているため、検出ユニット１０を半導体素子１３同士が密着するように配置しても、個別基板１１同士が互いに干渉し合うことがない。
【００３４】
配線基板２１の配線電極２１ａと個別基板１１の第２個別電極１２ｂは、導電性接着剤２２を介して電気的に接続されている。導電性接着剤２２の素材としては、はんだ、銀ペースト、銅ペースト等が用いられる。
【００３５】
検出ユニット１０の表面側には、可撓性を有する配線付粘着シート２３が参照電極１４に密着するように設けられている。
【００３６】
図４に示すように、この配線付粘着シート２３は、参照電極１４（図３参照）に密着する粘着面２４ａを備えた粘着シート２４（保持部材）と、粘着面２４ａに格子状に配置された複数の配線２５（導電性線材）によって構成されている。これら配線２５は、金属等の導電材料からなり、全てが配線付粘着シート２３の一端部にて接続配線（不図示）に接続されている。
【００３７】
図３に示すように、この配線付粘着シート２３は、その粘着シート２４が上記４つの検出ユニット１０の参照電極１４に貼り付けられることで、全ての検出ユニット１０を構成する全ての参照電極１４に配線２５の格子状部が接触するようになっており、これによって、全ての参照電極１４同士が電気的に接続されて同電位となる。
【００３８】
そして、配線付粘着シート２３の一端部は、配線基板２１の所定位置に接続されており、この一端部における接続配線は配線基板２１上に設けられた電子回路２６に接続している。
【００３９】
図５は同実施の形態に係る電子回路２６の構成を示すブロック図である。
【００４０】
図５に示すように、この電子回路２６は、電圧印加部２６ａと、信号処理部２６ｂと、画像構成部２６ｃを備えている。
【００４１】
電圧印加部２６ａは、配線付粘着シート２３の配線２５と配線基板２１の表面配線を介して各検出ユニット１０に所定の電圧を印加する。検出ユニット１０に印加された電圧は、参照電極１４と電荷収集電極１５を介して半導体素子１３に印加される。これによって、半導体素子１３内には、電界が形成される。
【００４２】
コリメータ２７側から検出ユニット１０に照射された放射線は、このコリメータ２７によってその方向が整えられたのち、半導体素子１３に入射する。これによって、各半導体素子１３内には電荷が形成される。
【００４３】
半導体素子１３内に形成された電荷は、上記電界の作用によって各電荷収集電極１５から電気信号として取り出され、電子回路２６の信号処理部２６ｂによって種々の処理がなされたのち、画像構成部２６ｃによって画像が構成される。この画像は、電子回路２６に接続されたモニタ２８に映し出される。
【００４４】
上記構成の半導体放射線検出器２０によれば、複数の半導体素子１３の参照電極１４を配線２５によって検出ユニット１０上で電気的に接続し、これによって全ての参照電極１４を同電位にしてから、これら配線２５を接続配線によって電子回路２６に接続している。
【００４５】
そのため、従来のように、参照電極１４と電子回路２６を個別にワイヤボンディングする必要が無いから、複数の半導体素子１３をほぼ隙間無くマトリクス状に配置することができる。その結果、放射線の検出を高い分解能で行うことができる。
【００４６】
しかも、ボンディングワイヤを用いる代わりに、粘着シート２４で被覆された配線２５を用いるため、接続の信頼性を向上することができる。
【００４７】
さらに、ボンディングワイヤが参照電極１４の表面側に突出することもなくなるので、コリメータ２７の配置が制限されることがない。
【００４８】
図１１は同実施の形態に係る半導体放射線検出器を用いた画像診断装置の構成を示す概略図である。
【００４９】
図１１に示すように、この画像診断装置は、半導体放射線検出器２０（検出器）を有している。この半導体放射線検出器２０は、コリメータ２７が被験者Ｗ（被検体）側に向くように配置されている。被験者Ｗの診断対象部分には、予め放射性物質を含む薬剤が注入されており、この放射円物質から放射されるＸ線やγ線を上記半導体放射線検出器２０で検出することで、診断対象部分の画像をモニタ２８に映し出す。
【００５０】
このように、画像診断装置に上記構成の半導体放射線検出器２０を用いることで、高い分解能を備えた画像診断装置を構成することができる。
【００５１】
本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００５２】
例えば、本実施の形態では、電荷収集電極１５と第１個別電極１２ａを接続する導電性接着剤１６として等方性の金属製ペーストを用いたが、図２に示すように、導電性粒子１８ａと絶縁材料１８ｂから構成される異方性導電ペースト１８を用いてもよい。さらには、異方性導電シートなどを用いてもよい。これらを用いても個別基板１１と半導体素子１３の接続部を酸素や水分から保護することができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、配線付粘着シート２３を粘着シート２４の粘着面２４ａによって参照電極１４に貼り付けているが、これに限定されるものではなく、例えば、図７に示すように、配線２５の上から粘着面２４ａを持たない樹脂製のシート３１を載せ、このシート３１をコリメータ２７（図３参照）によって参照電極１４側に押え付けるようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態で使用した配線付粘着シート２３に代えて、図６に示すようなコネクタ３５を用いてもよい。このコネクタ３５は、樹脂製のシート３２の表面に参照電極１４に電気的に接続される複数のコネクタ電極３３を備えたもので、これらコネクタ電極３３の間には、コネクタ３５を参照電極１４に密着させるための粘着剤３４が充填されている。
【００５５】
さらに、本実施の形態で使用した配線付粘着シート２３に代えて、図１０に示すようなコネクタ４５を用いてもよい。このコネクタ４５は、日本航空電子（株）から市販されている「ｆ−ＣＯＮＥＣＴ」であるが、ポリイミドテープの基材４１の表面にシリコーン系の粘着剤４２と多層膜電極４３を設けたものである。
【００５６】
また、本実施の形態では、複数の参照電極１４を電気的に接続するために配線２５を用いているが、これに限定されるものではなく、たとえば、隣接する４つの半導体素子１３の境界部分に導電性ペースト３６等をスポット状に設けるようにしてもよい。
【００５７】
このような構成にすることによっても、上記複数の参照電極１４を電気的に接続することができる。しかも、複数の参照電極１４のうち、電子回路２６に最も近い１つの参照電極１４から配線を引き出して、電子回路２６に接続すればよいから、配線の長さを飛躍的に短くすることができ、さらには接続の信頼性を向上することができる。
【００５８】
さらに、図９に示すように、上記複数の半導体素子１３の参照電極１４の表面に、ほぼ全面に亘って金属膜３７（導電性膜）を被膜するようにしてもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、半導体素子１３と配線基板２１とを個別基板１１を介して接続しているが、半導体素子１３と配線基板２１の線膨張率の差によって半導体素子１３に作用する熱応力を緩和することができれば、個別基板１１は不要となる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体放射線検出器の分解能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る検出ユニットの構成を示す概略図。
【図２】同実施の形態に係る異方性導電性ペーストの構成を示す概略図。
【図３】同実施の形態に係る検出ユニットを用いた半導体放射線検出器の構成を示す概略図。
【図４】同実施の形態に係る配線付粘着シートの構成を下方から示す斜視図。
【図５】同実施の形態に係る電子回路の構成を示すブロック図。
【図６】同実施の形態に係るコネクタの変形例の構成を示す概略図。
【図７】同実施の形態に係るコネクタの変形例の構成を示す概略図。
【図８】同実施の形態に係る複数の参照電極を電気的に接続するために用いる導電性ペーストを示す概略図。
【図９】同実施の形態に係る複数の参照電極を電気的に接続するために用いる金属膜を示す概略図。
【図１０】同実施の形態に係るコネクタの変形例の構成を示す概略図。
【図１１】同実施の形態に係る半導体放射線検出器を用いた画像診断装置の構成を示す概略図。
【図１２】従来の半導体放射線検出器の構成を示す正面図。
【図１３】従来の半導体放射線検出器の構成を示す平面図。
【符号の説明】
１３…半導体素子、１４…参照電極（第１の電極）、１５…電荷収集電極（第２の電極）、２０…半導体放射線検出器（検出器）、２１…配線基板、２４…粘着シート（保持部材）、２５…配線（導電性線材）、２６ａ…電圧印加部（電圧印加手段）、３６…導電性ペースト、３７…金属膜（導電性膜）、Ｗ…被験者（被検体）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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