(57)【要約】【課題】半導体結晶体と熱膨張係数差が大きな配線基板でも半導体結晶体の検出特性の劣化を抑制可能な放射線検出器、およびこれを用いた放射線検査装置を提供する。【解決手段】半導体検出部２０を、熱膨張係数が８．０×１０-6［１／℃］以上の大きい基板、例えば、ガラスエポキシ基板やフレキシブルプリント配線基板からなる配線基板２１と、配線基板２１上に配置された半導体検出素子２２等から構成し、半導体検出素子２２を略平板状の半導体結晶体２３と、その下面に半導体結晶体２３のＹ軸方向全体に延在し、Ｘ軸方向には所定の幅で８個の例えばＡｕからなる素子電極２４1〜２４8を設け、素子電極２４1〜２４8と配線基板２１に設けられたパッド電極２６1〜２６8とを半導体結晶体２３のヤング率よりも小さいずれ弾性の導電性接着剤からなるバンプ２８により固着する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、該配線基板上に放射線の入射により電子正孔対を生成する半導体検出素子を備える放射線検出器であって、
前記半導体検出素子は、略板状の半導体結晶体と、該半導体結晶体の厚さ方向に直交し、配線基板側の第１の主面に、略等間隔で互いに離隔して配列された複数の素子電極からなる第１の電極部と、その反対側の第２の主面に、該第２の主面を略覆う金属膜からなる第２の電極部とを有し、
前記配線基板は、その表面に前記第１の電極部の素子電極に対応するパッド電極が設けられると共に、その熱膨張係数が８．０×１０-6［１／℃］以上であり、
前記半導体検出素子は、前記素子電極の各々とパッド電極の各々とが、半導体結晶体のヤング率よりも小さいずれ弾性を有する導電性接着剤からなるバンプ状接着部により固着されてなり、該バンプ状接着部が素子電極とパッド電極とが互いに対向する領域の一部に配設されてなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記半導体結晶体の第１の主面は、略平坦であることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記半導体結晶体の第１の主面は、隣接する素子電極間に、配線基板の熱膨張に起因する応力を抑制するための溝部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記バンプ状接着部は、前記領域に互いに離隔して配設された複数のバンプからなることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記バンプ状接着部は、前記領域に配設された一つのバンプからなることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記配線基板はガラスエポキシ基板またはフレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記配線基板は、隣接するパッド電極間に、当該配線基板の厚さ方向に貫通する開口部を有することを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の放射線検出器。
【請求項８】
放射性同位元素を含む被検体から発生する放射線を検出する請求項１〜７のうちいずれか一項記載の放射線検出器と、
前記放射線検出器から取得した放射線の入射時刻および入射位置を含む検出情報に基づいて前記放射性同位元素の被検体内における分布情報を取得する情報処理手段と、を備える放射線検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器および放射線検査装置に関し、特に、被検体内にある放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出する放射線検出器および放射線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体（被検体）の内部の情報を得るために断層撮影装置が広く用いられるようになってきた。断層撮影装置としては、Ｘ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）装置、磁気共鳴映像装置、ＳＰＥＣＴ（single photon emission CT）装置、ポジトロン断層撮影（ＰＥＴ）装置が挙げられる。Ｘ線ＣＴ装置は、生体のある断面に多方向から幅の狭いＸ線ビームを曝射し、透過したＸ線を検出してその断面内でのＸ線の吸収の度合いの空間分布をコンピュータで計算し画像化している。このようにして、生体内部の形態的な異常、例えば出血巣を把握できる。
【０００３】
また、ＰＥＴ装置は被検体内の機能情報の精密情報が得られるため、近年、盛んに開発が進められている。ＰＥＴ装置を用いた診断方法は、まず、ポジトロン核種で標識された検査用薬剤を、注射や吸入等により被検体の内部に導入する。被検体内に導入された検査用薬剤は、検査用薬剤に応じた機能を有する特定の部位に蓄積される。例えば、糖類の検査用薬剤を用いた場合、ガン細胞等の新陳代謝の盛んな部位に選択的に蓄積される。このとき、検査用薬剤のポジトロン核種から陽電子が放出され、放出された陽電子と周囲の電子とが結合して消滅する際に２つのガンマ線（いわゆる消滅ガンマ線）が互いに約１８０度の方向に放出される。そこで、この２つのガンマ線を被検体の周りに配置した放射線検出器により同時検出し、コンピュータ等で画像を再生成することにより被検体における放射性同位元素の分布画像データを取得する。このようにＰＥＴ装置では被検体の体内の機能情報が得られるため、様々な難病の病理解明が可能である。
【０００４】
ＰＥＴ装置では、ガンマ線を検出するために半導体検出素子を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図１に示すように、半導体結晶素子１００は、ＣｄＴｅ等の半導体結晶体１０４に電極１０３，１０５を設けた構造を有する。半導体検出素子１００は半導体結晶体１０４に入射したガンマ線が電子正孔対を生成する性質を利用してガンマ線を電気信号として検出する。半導体検出素子１００は構造が単純なため小型化が容易であり、小型化によりガンマ線の入射位置を高精度に検出できる。その結果、ガンマ線の発生源である被検体のポジトロン核種の位置を高精度に取得でき、ＰＥＴ装置の空間分解能を向上できる。
【特許文献１】特開平４−１９６１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体結晶体、特にＣｄＴｅ結晶体は脆いため壊れ易く、外部からの応力の印加により結晶中に欠陥が生じ易い。ＣｄＴｅ結晶体に欠陥が生じると、ＣｄＴｅ結晶体中でガンマ線の入射により生成された電子および正孔が電極に到達し難くなり、ガンマ線の検出特性が劣化する。
【０００６】
特に、ＣｄＴｅ結晶体を配線基板に接合する際あるいは接合した後にＣｄＴｅ結晶体に応力が印加され易い。特に、加熱によりＣｄＴｅ結晶体と配線基板とを接合した後に冷却によって、配線基板とＣｄＴｅ結晶体との熱膨張係数の差異により、ＣｄＴｅ結晶体に応力が印加される。ＣｄＴｅ結晶体の熱膨張係数（線膨張係数）は、４．９×１０-6［１／℃］である。配線基板にアルミナ基板（熱膨張係数６．９×１０-6［１／℃］）やガラス基板（７．７×１０-6［１／℃］）を用いた場合は、ＣｄＴｅ結晶体との熱膨張係数差が少なく、検出特性の劣化はほとんど生じない。
【０００７】
しかし、配線基板にガラスエポキシ基板（熱膨張係数３０×１０-6［１／℃］）を用いた場合は、ＣｄＴｅ結晶体との熱膨張係数差が大きく検出特性が劣化する。図１に示すように、ガラスエポキシ基板１０１とＣｄＴｅ結晶体１０４を導電性接着剤１０２により接合した場合、冷却時にガラスエポキシ基板１０１が収縮すると、その圧縮応力が導電性接着剤１０２を介してＣｄＴｅ結晶体１０４に印加される。導電性接着剤１０２は、ガラスエポキシ基板１０１とＣｄＴｅ結晶体１０４との接合面全体に設けられているので、ガラスエポキシ基板１０１の収縮をそのままＣｄＴｅ結晶体１０４に伝え、ＣｄＴｅ結晶体１０４全体に圧縮応力が印加されてしまう。その結果、ＣｄＴｅ結晶体１０４の検出特性の劣化が生じ実用に耐えなくなるという問題を生じる。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、半導体結晶体と熱膨張係数差が大きな配線基板でも半導体結晶体の検出特性の劣化を抑制可能な放射線検出器、およびこれを用いた放射線検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、配線基板と、該配線基板上に放射線の入射により電子正孔対を生成する半導体検出素子を備える放射線検出器であって、前記半導体検出素子は、略板状の半導体結晶体と、該半導体結晶体の厚さ方向に直交し、配線基板側の第１の主面に、略等間隔で互いに離隔して配列された複数の素子電極からなる第１の電極部と、その反対側の第２の主面に、該第２の主面を略覆う金属膜からなる第２の電極部とを有し、前記配線基板は、その表面に前記第１の電極部の素子電極に対応するパッド電極が設けられると共に、その熱膨張係数が８．０×１０-6［１／℃］以上であり、前記半導体検出素子は、前記素子電極の各々とパッド電極の各々とが、半導体結晶体のヤング率よりも小さいずれ弾性を有する導電性接着剤からなるバンプ状接着部により固着されてなり、該バンプ状接着部が素子電極とパッド電極とが互いに対向する領域の一部に配設されてなることを特徴とする放射線検出器が提供される。
【００１０】
本発明によれば、配線基板に従来よりも熱膨張係数が大きい基板を用いている。半導体検出素子と配線基板とを導電性接着剤からなるバンプ状接着部を用いている。バンプ状接着部は、そのずれ弾性が固化後の状態で半導体結晶体のヤング率よりも小さい材料が用いられるので、配線基板と半導体結晶体との熱膨張係数差により生じる応力を吸収して半導体結晶体に印加される応力を抑制する。したがって、半導体結晶体と熱膨張係数差が大きな配線基板を用いても半導体結晶体の検出特性の劣化を抑制できる。さらに、製造コストの安価な配線基板を使用できるので、アルミナ基板やガラス基板よりも製造コストの低減を図れる。
【００１１】
なお、熱膨張係数は、対象物の長さをＬとすると、温度変化ΔＴにおける長さの変化ΔＬを用いて（ΔＬ／Ｌ）／ΔＴ［１／℃］で表され、いわゆる線膨張係数である。本願明細書および特許請求の範囲において熱膨張係数は線膨張係数で示している。
【００１２】
また、前記半導体結晶体の第１の主面は、隣接する素子電極間に、配線基板の熱膨張に起因する応力を抑制するための溝部が形成されてなる構成としてもよい。半導体結晶体の第１の電極部側に、隣接する素子電極間に溝部を設けることで、配線基板と半導体結晶体との熱膨張係数差により生じる応力を溝部が形成された領域に集中させる。その結果、素子電極が接する半導体結晶体の領域への応力印加を回避でき、検出特性の劣化をいっそう抑制できる。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、放射性同位元素を含む被検体から発生する放射線を検出する上記いずれかの放射線検出器と、前記放射線検出器から取得した放射線の入射時刻および入射位置を含む検出情報に基づいて前記放射性同位元素の被検体内における分布情報を取得する情報処理手段と、を備える放射線検査装置が提供される。
【００１４】
本発明によれば、放射線検出器に検出特性の劣化を抑制し、かつ安価な放射線検出器を備えることにより、性能を維持しつつ放射線検査装置の製造コストを低減を低減できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体結晶体と熱膨張係数差が大きな配線基板でも半導体結晶体の検出特性の劣化を抑制可能な放射線検出器、およびこれを用いた放射線検査装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の構成を示すブロック図である。図２を参照するに、ＰＥＴ装置１０は、被検体Ｓの周囲に配置され、ガンマ線を検出する検出器１１と、検出器１１からの検出データを処理し、得られた被検体Ｓの体内のポジトロン核種ＲＩの位置の画像データを再生成する情報処理部１２と、画像データを表示等する表示部１３と、被検体Ｓや検出器１１の移動等の制御を行う制御部１４と、情報処理部１２や制御部１４に指示を送る端末や画像データを出力するプリンタ等からなる入出力部１５等から構成される。
【００１８】
検出器１１は半導体検出部２０と検出回路１６からなる。半導体検出部２０は、ガンマ線γa，γbの入射面が被検体Ｓに面するように配置されている。なお、予め被検体Ｓにはポジトロン核種ＲＩで標識化された検査用薬剤が導入されている。
【００１９】
ポジトロン核種ＲＩからの陽電子の消滅の際に、同時に発生する２つのガンマ線γa、γbを検出する。２つのガンマ線γa、γbは、互いに略１８０度をなして放出されるので、被検体Ｓを挟んで対向する検出器１１の半導体検出部２０に入射する。ガンマ線γa、γbが入射した２つの半導体検出部２０の各々は、ガンマ線γa、γbの入射により生じる電気信号（検出信号）を検出回路１６に送出する。
【００２０】
検出回路１６は、検出信号から、ガンマ線γa、γbが検出素子に入射した時刻（入射時刻）と入射位置を決定し、これらの情報（検出データ）を情報処理部１２に送出する。検出回路１６は、例えば、アナログ信号である検出信号から入射時刻を算出するためのアナログＡＳＩＣと、入射時刻および入射位置をデジタルデータとして情報処理部に送出するデジタルＡＳＩＣ等から構成される。
【００２１】
情報処理部１２では、検出データに基づいてコインシデンス検出および画像再生成アルゴリズムによる画像データの再生成を行う。コインシデンス検出は、入射時刻が略一致する２つ以上の検出データがある場合、それらの検出データを有効と判定し、コインシデンス情報とする。また、コインシデンス検出は、ガンマ線入射時刻が一致しない検出データを無効と判定し破棄する。そして、コインシデンス情報と、コインシデンス情報に含まれる検出素子番号等と、これに対応する検出素子の位置情報等から所定の画像再生成アルゴリズム（例えば、期待値最大化（Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）法）に基づいて画像データを再生成する。表示部１３は、入出力部１５の要求に応じて再生成された画像データを表示する。
【００２２】
以上の構成および動作により、ＰＥＴ装置１０は、被検体Ｓの体内に選択的に位置するポジトロン核種ＲＩからのガンマ線を検出し、ポジトロン核種ＲＩの分布状態の画像データを再生成する。
【００２３】
検出器１１1〜１１8は、被検体Ｓの周囲に３６０度に亘って配置される。各々の検出器１１1〜１１8には、被検体Ｓ側に半導体検出部２０が設けられている。ここで、被検体Ｓの体軸方向をＺ軸方向（Ｚおよび−Ｚ方向）とする。検出器１１は、被検体Ｓに対して相対的にＺ軸方向に移動可能としてもよい。なお、図２において８個の検出器１１1〜１１8が示されているがこれらの数は一例過ぎず、検出器１１1〜１１8の数は適宜選択される。
【００２４】
図３は、第１の実施の形態の半導体検出部の構成を示す分解斜視図、図４は、第１の実施の形態の半導体検出部の概略平面図である。図３は、おおよそガンマ線の略入射側から半導体検出部を見た図であり、説明の便宜上、配線基板上に配置される構成要素を上方に分離して示している。また、図４は、半導体検出素子２２を透視して示している。
【００２５】
図３および図４を参照するに、半導体検出部２０は、配線基板２１と、配線基板２１上に配置された半導体検出素子２２と、半導体検出素子２２に電気的に接続されるパッド電極２６1〜２６8（特に断らない限り符号２６で示す。）と、配線基板２１に形成された配線パターン３０と、半導体検出素子２２の検出信号を検出回路（図３に示す検出回路１６）に送出するためのコネクタ２９ａ等からなる。
【００２６】
半導体検出素子２２は、略平板状の半導体結晶体２３と、半導体結晶体２３の下面に形成された第１電極部２４と上面に形成された第２電極部２５からなる。
【００２７】
半導体結晶体２３は、その材料としては、例えば、エネルギーが５１１ｋｅＶのガンマ線に有感なテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、Ｃｄ1-xＺｎxＴｅ（ＣＺＴ）、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）、シリコンなどが挙げられる。また、これらの材料には導電性等を制御するためのドーパントが含まれていてもよい。ＣｄＴｅは、単位長さ当たりの光電吸収確率がシリコンの１００倍程度ある点で好ましい。シリコンはＣｄＴｅよりも機械的強度が高いので加工中に結晶欠陥が生じにくい点で好ましい。半導体結晶体２３は、半導体の結晶成長法であるブリッジマン法や、移動加熱法を用いて半導体結晶を形成し、所定の結晶方位に平板状に切出して得られる。また、半導体結晶体２３がＣｄＴｅからなる場合は、半導体結晶体２３はその第１電極部２４との界面にＩｎが拡散されている。これにより半導体結晶体２３と第１電極部２４との間にショットキー接合が形成される。
【００２８】
第２電極部２５は、半導体結晶体２３の上面を略覆う導電膜からなる。第２電極部２５には負のバイアス電圧Ｖｂが印加され、カソードとなっている。半導体結晶体２３がＣｄＴｅからなる場合は第２電極部２５にはＰｔが用いられる。バイアス電圧Ｖbは、直流電圧で例えば−６０Ｖ〜−１０００Ｖに設定される。なお、バイアス電圧は、配線基板２１の外部から、コネクタ２９ｂ、配線パターン３０ａ、パッド３１およびワイヤー３２を介して第２電極部２５に形成される。
【００２９】
第１電極部２４は、半導体結晶体２３の下面に、そのＹ軸方向全体に延在し、Ｘ軸方向には所定の幅で形成された８個の素子電極２４1〜２４8（特に断らない限り符号２４で示す。また、図中一部の符号を省略している。）からなる。素子電極２４の各々は、Ｘ軸方向に隣接する素子電極２４と互いに離隔され、電気的に絶縁されている。素子電極２４は例えばＡｕ膜からなり、例えば、幅（Ｘ軸方向の長さ）が０．５ｍｍ、Ｘ軸方向の間隔が０．１ｍｍ、奥行き（Ｙ軸方向の長さ）が５ｍｍに設定される。素子電極２４の各々は抵抗を介して接地されアノードとして機能する。なお、ここでは素子電極２４の数を８個としているが、２個以上であればその数に特に制限はない。
【００３０】
次に半導体検出素子２２の動作を説明する。半導体検出素子２２は、ガンマ線が半導体結晶体２３に入射すると、半導体結晶体２３中で電子正孔対が生成される。半導体結晶体２３には、素子電極２４から第２電極部２５に向かって電界が印加されているので、正孔は第２電極部２５に引きつけられ、電子は素子電極２４に引きつけられる。この際、電子は最も近い素子電極２４に引きつけられ、素子電極２４毎に接続される検出回路にガンマ線が入射したことを示す検出信号が形成される。
【００３１】
配線基板２１は、熱膨張係数が８．０×１０-6［１／℃］以上の基板を用いる。このような基板としては、ガラスエポキシ基板またはフレキシブルプリント基板等の樹脂を含有するプリント基板が挙げられる。樹脂を含有するプリント基板は、従来用いられているアルミナ基板やガラス基板よりも設計および製造が容易であり安価である。ＰＥＴ装置は大型化するほどより多くの検出器を必要とし、それに対応する数の配線基板２１を必要とするので、配線基板２１のコスト低減は、ＰＥＴ装置１０のコスト低減の寄与が極めて大きい。但し、配線基板２１の熱膨張係数は２０×１０-6［１／℃］以下に設定すべきである。配線基板２１の熱膨張係数が２０×１０-6［１／℃］を超えるとバンプ２８により後ほど詳述する応力を十分に吸収し難くなる。
【００３２】
ガラスエポキシ基板は、ガラスクロスに変性エポキシ基板を含浸して熱硬化させたものであり、例えば、いわゆるＦＲ−４やＦＲ−５のグレードのプリント配線基板である。ガラスエポキシ基板の熱膨張係数は面内方向（図３中のＸ−Ｙ面の面内方向）で１０×１０-6〜１６×１０-6［１／℃］である。
【００３３】
また、フレキシブルプリント基板は、ポリエステル樹脂やポリイミド樹脂のフィルムに銅箔あるいは銅メッキ等で配線パターンを形成したものである。フレキシブルプリント基板の熱膨張係数は面内方向で１２×１０-6〜２０×１０-6［１／℃］である。なお、ガラスエポキシ基板およびフレキシブルプリント基板は、単層基板および多層積層基板のいずれでもよい。
【００３４】
半導体検出素子２２は、その第１電極部２４と、配線基板２１に設けられたパッド電極２６1〜２６8とが導電性接着剤からなるバンプ２８により互いに固着されている。具体的には、第１電極部２４の素子電極２４1〜２４8の各々と配線基板２１の表面に設けられたパッド電極２６1〜２６8の各々とが導電性接着剤からなる２つのバンプ２８により固着されている。これにより、従来のべた付けによる接合方法よりも配線基板２１の熱膨張により生じる応力が半導体結晶体２３に伝わりにくくなり、検出特性の劣化を抑制できる（後ほど詳述する）。
【００３５】
バンプ２８を形成する導電性接着剤は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、およびこれらの合金から選択される金属粉やカーボンフィラーと樹脂からなる、いわゆる導電性ペーストや異方性接着剤を用いることができる。導電性接着剤は、接合した後の固化した状態でずれ弾性が半導体結晶体２３のヤング率よりも小さい材料が用いられる。半導体結晶体２３のヤング率は、ＣｄＴｅが５４×１０9Ｐａ、シリコンが１６７×１０9Ｐａである。一方、導電性接着剤には、例えば、固化後のずれ弾性が１．０×１０9Ｐａの市販品を用いるとよい。
【００３６】
また、バンプ２８の厚さは、例えば１００μｍに設定される。バンプの厚さは厚いほど後ほど説明する応力吸収の効果は高いが、例えば１０μｍ〜２００μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００３７】
半導体検出素子２２と配線基板２１との接合工程を図３を参照しつつ説明する。最初に配線基板２１のパッド電極２６の各々に、導電性ペーストをグラビア印刷法等の塗布法により２個のバンプ２８を形成する。次いで、図示されないステージに載置された配線基板２１に対して半導体検出素子２２を位置決めする。次いで半導体検出素子２２を配線基板２１上に配置し仮接合する。
【００３８】
次いで、半導体検出素子２２を上方から抑え治具で圧接しながら、ホットプレートやオーブンにより配線基板２１と半導体検出素子２２とを例えば温度１２０℃で加熱時間６０分、あるいは温度１５０℃で加熱時間２分〜４分の条件で加熱して本接合する。次いで、冷却する際に、導電性ペーストが固化開始後に上記の抑え治具を半導体検出素子２２から離し、さらに室温まで冷却する。以上により、半導体検出素子２２と配線基板２１とが接合される。
【００３９】
図５および図６は、第１の実施の形態の作用を説明するための図である。図５（Ａ）および図６（Ａ）は、配線基板と半導体検出素子とを本接合工程におけるバンプの固化開始時点での状態を示す図であり、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）は固化後の状態を示す図である。なお、図５は図３に示すＸ軸方向の断面図の一部（一例として素子電極２４1と２４2を含む部分）、図６は図３に示すＹ軸方向の断面図の一部（一例として素子電極２４1を含む部分）を示している。
【００４０】
図５（Ａ）を参照するに、上述した接合工程の本接合の温度から室温に戻る際に、バンプ２８の固化開始時点では、配線基板２１および半導体結晶体２３はそれぞれ矢印２１ａ，２３ａ方向に収縮しようとする。配線基板２１の熱膨張係数が半導体結晶体２３の熱膨張係数よりも大きいため、この時点では配線基板２１は半導体結晶体２３よりも膨張しているため、バンプ２８は、素子電極２４1と２４2との間隔よりもパッド電極２６1と２６2との間隔の方が広く、パッド電極２６1，２６2側でＸ軸方向の外側にしなっている。
【００４１】
図５（Ｂ）を参照するに、バンプ２８の固化後は、図５（Ａ）のバンプの固化開始時点から固化するまでに配線基板２１が収縮した量が、半導体結晶体２３が収縮した量よりも大きい。仮にバンプ２８が理想的な剛体の場合は、配線基板２１が収縮により生じる圧縮応力がバンプを介して半導体結晶体２３に印加される。しかし、バンプ２８が半導体結晶体２３のヤング率よりも低いずれ弾性を有するため、配線基板２１からの応力を吸収する。すなわち、図５（Ａ）に示すバンプがしなった状態と図５（Ｂ）に示すバンプが略直立した状態とのしなり量の差をバンプ自体が略吸収するので、半導体結晶体２３に印加される応力を抑制する。これにより、半導体結晶体２３の検出特性の劣化を抑制できる。この作用は、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すＹ軸方向の断面においても同様であり、バンプ２８がそのしなりを吸収することで、Ｙ軸方向の熱膨張係数差により生じる半導体結晶体２３に印加される応力を抑制する。
【００４２】
また、バンプ２８と半導体結晶体２３（素子電極２４1，２４2を介する。）との接触領域では、バンプ２８自体の収縮による圧縮応力が半導体結晶体２３に印加されるが、バンプと半導体結晶体２３とが接触する面積はベタ付けよりも極めて小さいためこの点でも半導体結晶体２３に印加される応力を抑制できる。
【００４３】
第１の実施の形態によれば、配線基板２１に従来よりも熱膨張係数が大きい基板を用いている。半導体検出素子２２と配線基板２１とを導電性接着剤からなるバンプ２８を用いている。バンプは、そのずれ弾性が固化後の状態で半導体結晶体２３のヤング率よりも小さい材料が用いられるので、配線基板２１と半導体結晶体２３との熱膨張係数差により生じる応力を吸収して半導体結晶体２３に印加される応力を抑制する。したがって、半導体結晶体２３と熱膨張係数差が大きな配線基板２１を用いても半導体結晶体２３の検出特性の劣化を抑制できる。さらに、製造コストの安価なガラスエポキシ基板やフレキシブルプリント基板を使用できるので、アルミナ基板やガラス基板よりも製造コストの低減を図れる。
【００４４】
さらに、保存環境下、例えば０℃〜５０℃の温度範囲における温度変化によって、配線基板２１の熱膨張による寸法変化が生じるが、上述した作用と同様にしてバンプ２８により配線基板２１の寸法変化により生じる応力が半導体結晶体２３に印加されることを抑制できる。したがって、製造時のみならず製造後においても半導体結晶体２３の検出特性の劣化を抑制でき、放射線検出器およびＰＥＴ装置１０の長期信頼性が向上する。
【００４５】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置を説明する。第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置は、第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の変形例であり、図３で示した半導体検出部２０の半導体検出素子２２が異なる以外は同様の構成を有する。
【００４６】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置の半導体検出部の構成を示す斜視図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号付し、説明を省略する。
【００４７】
図７を参照するに、半導体検出素子４２は、半導体結晶体４３の第１電極部４４側にＸ軸方向に所定の間隔でかつＹ軸方向に延在する溝部４３ａが形成されている。半導体検出素子４２は、さらに、互いに隣接する溝部４３ａと溝部４３ａとの間の凸部４３ｂの表面に素子電極２４1〜２４8が形成されている。半導体結晶体４３の材料等は図３の半導体結晶体２３と同様である。溝部４３ａの幅は、例えば０．１ｍｍ、深さは０．３ｍｍに設定される。なお、この場合の素子電極２４の幅および間隔は第１の実施の形態に示したものと同様である。
【００４８】
このように第１電極部４４側に溝部４３ａを設けることで、半導体結晶体４３にガンマ線が入射して電子正孔対が生成された際に、電子を最も近い素子電極２４1〜２４8に集中させることができる。その結果、検出信号の波高値が高くなり、ガンマ線の位置検出分解能が向上する。さらに、溝部４３ａを設けることで、次の効果が生じる。
【００４９】
図８は、第２の実施の形態の作用を説明するための図であり、配線基板と半導体検出素子とを本接合工程におけるバンプの固化後の状態を示す図である。なお、図８は図７に示すＸ軸方向の断面図の一部（一例として素子電極２４1と２４2を含む部分）を示している。
【００５０】
図８を参照するに、半導体結晶体４３の溝部４３ａの上方の領域４３ｃは、素子電極２４1，２４2が接する領域４３ｄよりも溝部４３ａが形成されているため薄くなっており、機械的強度が領域４３ｄよりも劣る。バンプ２８の固化後の状態において、バンプ２８により配線基板２１と半導体結晶体４３との熱膨張係数差により生じる応力が抑制されている。しかし、半導体結晶体４３にはバンプ２８により完全に吸収できない応力が残るおそれがある。この応力は、素子電極２４1と２４2との間隔を狭める方向に印加され、これにより領域４３ｃに矢印４３ｅで示すように引張り応力が印加される。領域４３ｃは、素子電極２４1と素子電極２４2との間の領域なので、この位置でガンマ線の入射により生成された電子正孔対は領域４３ｄで生成された電子正孔対よりも位置検出を目的とする必要性は低い。したがって、領域４３ｃに応力を集中させ、領域４３ｄへの応力印加を回避でき、その結果、検出特性の劣化をいっそう抑制できる。
【００５１】
なお、溝部４３ａは、上述したように半導体結晶体４３のＹ軸方向に全体に亘って形成することが好ましいが、Ｙ軸方向の一部に溝部を設けてもよい。この場合、上述した効果と同様の効果が生じる。但し、その効果の程度は低下するが配線基板２１の熱膨張係数と半導体結晶体４３の熱膨張係数との差の程度に応じて適宜適用すればよい。
【００５２】
第２の実施の形態によれば、半導体結晶体４３の第１電極部４４側に溝部４３ａを設けることで、配線基板２１と半導体結晶体４３との熱膨張係数差により生じる応力を領域４３ｃに集中させることで、素子電極２４が接する領域４３ｄへの応力印加を回避できる。その結果、検出特性の劣化をいっそう抑制できる。
【００５３】
なお、上記の第１および第２の実施の形態では、図３および図７に示したように、素子電極２４およびパッド電極２６の１組当たりのバンプの数を２個としたが、３個以上でもよい。但し、各々のバッド間は離隔されていることが必要である。さらに、次に示すように素子電極およびパッド電極の１組当たりのバンプの数を１個としてもよい。
【００５４】
図９は半導体検出部の変形例を示す概略平面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号付し、説明を省略する。
【００５５】
図９を参照するに、半導体検出部５０は、図３に示す第１の実施の形態の半導体検出部２０の変形例である。半導体検出部５０は、半導体検出素子２２と配線基板２１とが、素子電極２４1〜２４8およびパッド電極２６1〜２６8の１組当たり１個のバンプ２８により接合されている。バンプ２８が１個の場合は、Ｙ軸方向の熱膨張により生じた圧縮応力がバンプ２８および半導体結晶体２３に印加されないので、よりいっそう半導体結晶体２３への応力印加による検出特性の劣化を抑制できる。なお、図７に示す半導体検出部４０においても上記のように１組の素子電極４４およびパッド電極２６を１個のバンプで接合してもよい。
【００５６】
次に半導体検出部の他の変形例を説明する。
【００５７】
図１０は、半導体検出部の他の変形例を示す概略平面図、図１１は、図１０に示すＡ−Ａ線断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号付し、説明を省略する。
【００５８】
図１０および図１１を参照するに、半導体検出部６０は、配線基板２１が隣接するパッド電極２６1〜２６8間にスリット状の開口部２１ａが設けられている。開口部２１ａは、配線基板２１の厚さ方向に貫通している。開口部２１ａの幅（Ｘ軸方向の長さ）は、パッド電極２６1〜２６8間の間隙よりも小さく設定される。但し、配線基板２１の平坦性が損なわれない程度の幅に設定される。このような開口部２１ａを設けることにより配線基板２１の熱膨張による寸法変化を抑制できる。したがって、配線基板２１と半導体結晶体２３との熱膨張係数差により生じる数法変化量を低減できる。その結果、配線基板２１と半導体結晶体２３との熱膨張係数差により生じる応力を低減することにより、半導体結晶体２３に印加される応力をいっそう抑制できる。その結果、半導体結晶体２３の検出特性の劣化をいっそう抑制できる。なお、本変形例は、図７に示す半導体検出部４０に適用することでさらに効果が高まる。
【００５９】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６０】
例えば、上述した第１の実施の形態では、ＰＥＴ装置を例に説明したが、本発明は、ＳＰＥＣＴ（単一光子放射形コンピュータ断層撮影）装置に適用できる。また、上記では半導体検出部がガンマ線を検出する場合を例に説明したが、Ｘ線や他の放射線の半導体検出部にも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来の半導体検出器の問題点を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の半導体検出部の構成を示す分解斜視図である。
【図４】第１の実施の形態の半導体検出部の概略平面図である。
【図５】第１の実施の形態の作用を説明するための図（その１）である。
【図６】第１の実施の形態の作用を説明するための図（その２）である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置の半導体検出部の構成を示す斜視図である。
【図８】第２の実施の形態の作用を説明するための図である。
【図９】半導体検出部の変形例を示す概略平面図である。
【図１０】半導体検出部の他の変形例を示す概略平面図である。
【図１１】図１０に示すＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０    ＰＥＴ装置
１１，１１1〜１１8  検出器
１２    情報処理部
１３    表示部
１４    制御部
１５    入出力部
１６    検出回路
２０，４０，５０，６０    半導体検出部
２１    配線基板
２２，４２    半導体検出素子
２３，４３    半導体結晶体
２４，４４    第１電極部
２４1〜２４8    素子電極
２５    第２電極部
２６，２６1〜２６8    パッド電極
２８    バンプ
２９ａ，２９ｂ    コネクタ
３０，３０ａ    配線パターン
４３ａ  溝部
４３ｂ  凸部
【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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