(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子を配置した受光部と、前記受光部の受光面と同じ面の縁に沿って配置され、前記光電変換素子に電気的に接続されている電極パッドとを備える固体撮像素子と、
一方の表面側に配置される外部接続用の電極部と、他方の表面側に配置され、前記電極部と電気的に接続されている電極パッドとを有する基台であって、前記固体撮像素子を前記他方の表面側の載置面上に前記受光面と反対の面を向けて載置するとともに前記固体撮像素子と前記基台の各電極パッドを向き合わせて固定している基台と、
前記固体撮像素子の受光部表面上に形成されているシンチレータと、
前記固体撮像素子と前記基台の対応する電極パッド同士をワイヤボンディングにより電気的に接続する配線と、
前記シンチレータを密封するとともに、前記電極パッドの双方と前記配線とを被覆して形成されている電気絶縁性の第１の有機膜と、
前記第１の有機膜上に形成されている金属薄膜と、
を備えている放射線検出器。
【請求項２】
前記金属薄膜上に形成されている第２の有機膜をさらに備えている請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記配線を前記第１の有機膜の上から覆う保護樹脂をさらに備えている請求項１記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記配線を前記第２の有機膜の上から覆う保護樹脂をさらに備えている請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記第１の有機膜は前記基台表面を被覆している請求項１〜４のいずれかに記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線画像の撮像に用いられる放射線検出器に関し、特に、口腔内に挿入して用いられる歯科用等の小型の放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用のＸ線診断装置としてＸ線感光フィルムに代えてCCDを用いたＸ線イメージセンサが普及してきている。このような放射線イメージングシステムにおいては、複数の画素を有する放射線検出素子を用いて放射線による２次元画像データを電気信号として取得し、この信号を処理装置により処理して、モニタ上に表示している。代表的な放射線検出素子は、１次元あるいは２次元に配列された光検出器上にシンチレータを配して、入射する放射線をシンチレータで光に変換して、検出する仕組みになっている。
【０００３】
国際公開WO98/36291号公報には、シンチレータ材料としてCsIを用い、シンチレータの吸湿防止のために、パリレン等からなる保護膜を形成した放射線検出器が開示されている。この放射線検出器ではボンディングパッドは保護膜から露出した構造をしており、このボンディングバッドと外部配線とを接続して画像信号の読み出しを行う構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、歯科用等で口腔内に挿入して用いる放射線検出器においては検出器全体を小型化する一方で、撮像面積はできるだけ大きくとる必要がある。このような小型放射線検出器においてこのような構成を採用した場合、受光部を大きくすると、ボンディングパッドとの間隔が狭くなり、保護膜の形成や外部配線との接続が困難になり、製造時の作業性が劣化する。
【０００５】
そこで本発明は、小型化と撮像面積の大面積化を両立させ、製作が容易で耐久性を確保できる放射線検出器を提供することを課題とする。
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る放射線検出器は、(1)複数の光電変換素子を配置した受光部と、受光部の受光面と同じ面の縁に沿って配置され、これら光電変換素子に電気的に接続されている電極パッドとを備える固体撮像素子と、(2)一方の表面側に配置される外部接続用の電極部と、他方の表面側に配置され、この電極部と電気的に接続されている電極パッドとを有する基台であって、固体撮像素子を他方の表面側の載置面上に受光面と反対の面を向けて載置するとともに固体撮像素子と基台の各電極パッドを向き合わせて載置して固定している基台と、(3)固体撮像素子の受光部表面上に形成されているシンチレータと、(4)固体撮像素子と基台の対応する電極パッド同士をワイヤボンディングにより電気的に接続する配線と、(5)シンチレータを密封するとともに、電極パッドの双方と配線とを被覆して形成されている電気絶縁性の第１の有機膜と、(6) 第１の有機膜上に形成されている金属薄膜と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る放射線検出器は、外部接続用の電極部を備えている基台に予め固体撮像素子を載置、固定し、基台と固体撮像素子のそれぞれの電極パッドを配線によって電気的に接続した後で、固体撮像素子の受光部表面上にシンチレータを形成し、シンチレータの表面、配線、双方の電極パッドを第１の有機膜で被覆してその上に金属薄膜を形成している。したがって、外部への電気的接続用のライン形成が容易になり、作業性が向上する。このため、小型の放射線検出素子において、受光部をできるだけ大きく形成することが容易になる。また、第１の有機膜がシンチレータを密封するので耐湿性を確保できる。さらに、この有機膜が電極パッドと配線をも被覆して保護しているので、配線の断線を効果的に防止できる。第１の有機膜上に形成されている金属薄膜が耐湿性をさらに向上させるが、この金属薄膜と配線、電極パッドとの間に電気絶縁性の第１の有機膜が介在することで短絡が防止される。
【０００８】
この金属薄膜上に形成されている第２の有機膜をさらに備えていてもよい。金属薄膜を有機膜で覆うことでさらに保護膜の耐久性が向上する。
【０００９】
また、配線を第１の有機膜または第２の有機膜の上から覆う保護樹脂をさらに備えていてもよい。これにより配線の短絡や断線からの保護がよりいっそう確実になる。
【００１０】
第１の有機膜は基台表面を被覆していてもよい。基台表面まで第１の有機膜で覆うことで耐湿性がよりいっそう確実になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。また、各図面における寸法、形状は実際のものとは必ずしも同一ではなく、理解を容易にするため誇張している部分がある。
【００１２】
図１は、本発明に係る放射線検出器の一実施形態を示す斜視図であり、図２はその拡大図、図３はその断面図である。この実施形態の放射線検出器１００は、セラミック製の基台１上に固体撮像素子２を載置したものである。基台１は、表面に固体撮像素子２を載置して収容する凹部１０を有し、凹部１０に接する表面には、その一辺に沿って複数の電極パッド１１が配列されている。これらの電極パッド１１は、基台１の裏面に配置されている外部接続用の電極端子１２と基台１を貫通している配線１３によって電気的に接続されている。
【００１３】
固体撮像素子２は、ＣＣＤイメージセンサからなり、光電変換素子２１が配列されて受光部を形成している。各光電変換素子２１は図示していない信号ラインによって固体撮像素子２の一辺に配置された電極パッド２２のうち対応する電極パッド２２と電気的に接続されている。固体撮像素子２は基台１上にそれぞれの対応する電極パッド１１、２２が近接するように載置されており、対応する電極パッド１１、２２同士は配線４によって電気的に接続されている。
【００１４】
固体撮像素子２の受光部上には、入射した放射線を光電変換素子２１が感度を有する波長帯の光に変換する柱状構造のシンチレータ３が形成されている。シンチレータ３には、各種の材料を用いることができるが、発光効率が良いTlドープのCsI等が好ましい。
【００１５】
さらに、固体撮像素子２と基台１の表面を覆う保護膜５が形成されている。この保護膜５は、Ｘ線透過性で、水蒸気を遮断するものであり、基台１側から電気絶縁性の第１の有機膜５１、金属薄膜５２、電気絶縁性の第２の有機膜５３が積層されて構成されている。
【００１６】
第１の有機膜５１と第２の有機膜５３には、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名パリレン）、特にポリパラクロロキシリレン（同社製、商品名パリレンＣ）を用いることが好ましい。パリレンによるコーティング膜は、水蒸気及びガスの透過が極めて少なく、撥水性、耐薬品性も高いほか、薄膜でも優れた電気絶縁性を有し、放射線、可視光線に対して透明であるなど有機膜５１、５３にふさわしい優れた特徴を有している。また、金属薄膜５２としては、金、銀、アルミなどの金属薄膜が使用できる。この金属薄膜５２はシンチレータ３で発せられた光のうち、固体撮像素子２側でなく、放射線入射面側に向かう光を反射することで検出器の検出感度を増大させるミラーの役目を果たす。
【００１７】
電極パッド１１、２２と配線４部分の保護膜５をさらに覆って包み込むようにして保護樹脂層６が形成されている。この保護樹脂層６としては、保護膜５との接着性が良好な樹脂、例えばアクリル系接着剤である協立化学産業株式会社製WORLD ROCK No.801-SET2(70,000cPタイプ)を用いることが好ましい。
【００１８】
次に、図４〜図１３を用いて本発明に係る放射線検出器の製造工程を具体的に説明する。最初に図４に示されるような基台１を用意する。この基台１は、裏面に外部接続用の電極端子１２を表面に電極パッド１１が配列されており、電極パッド１１が配列された１辺に隣接する対向する２辺には表面側に突出するガイド部１４が形成され、このガイド部１４に挟まれた部分に凹部１０が形成されている。
【００１９】
この凹部１０に固体撮像素子２をその電極パッド２２が基台１の電極パッド１１側を向くようにして光電変換素子２１の受光面を表にして載置して図５に示されるように固定する。このときに、ガイド部１４を利用して固体撮像素子２の位置決めを行うことで作業が容易となる。そして、電極パッド１１と電極パッド２２とをワイヤボンディングにより配線４で電気的に接続する（図６、図７参照）。
【００２０】
次に、図８、図９に示されるように固体撮像素子２の受光部上にTlをドープしたCsIを真空蒸着法によって厚さ約200μｍの柱状結晶として成長させることによりシンチレータ３層を形成する。CsIは、吸湿性が高く、露出したままにしておくと空気中の水蒸気を吸湿して溶解してしまうので、その保護のため、図１０に示されるように、CVD（化学的蒸着）法によりシンチレータ３が形成された固体撮像素子２付の基台１全体を厚さ10μｍのパリレンで包み込み、第１の有機膜５１を形成する。
【００２１】
具体的には、金属の真空蒸着と同様に真空中で蒸着によるコーティングを行うもので、原料となるジパラキシリレンモノマーを熱分解して、生成物をトルエン、ベンゼンなどの有機溶媒中で急冷しダイマーと呼ばれるジパラキシリレンを得る工程と、このダイマーを熱分解して、安定したラジカルパラキシリレンガスを生成させる工程と、発生したガスを素材上に吸着、重合させて分子量約５０万のポリパラキシリレン膜を重合形成させる工程からなる。
【００２２】
CsIの柱状結晶の間には隙間があるが、パリレンはこの狭い隙間にある程度入り込むので、第１の有機膜５１は、シンチレータ３層に密着し、シンチレータ３を密封する。また、この第１の有機膜５１は、電極パッド１１、２２の表面のみならず両者を繋ぐ配線４の周囲にも形成され、配線４を被覆する。これにより配線４の接着強度、機械的強度が増すので、その後の工程において配線４の取り扱いが容易になる。このパリレンコーティングにより、凹凸のあるシンチレータ３層表面に均一な厚さの精密薄膜コーティングを形成することができる。また、パリレンのCVD形成は、金属蒸着時よりも真空度が低く、常温で行うことができるため、加工が容易である。
【００２３】
続いて、図１１に示されるように、第１の有機膜５１の入射面側の表面に0.15μｍ厚さのAl膜を蒸着法により積層することで金属薄膜５２を形成する。この金属薄膜５２を形成する際には、シンチレータ３層の前に適切なマスク（図示せず）を配置して、シンチレータ３層の直上部分の第１の有機膜５１上にのみ金属薄膜５２を形成することが望ましい。しかしながら、マスクを配置しても蒸着時には金属蒸気が僅かながらマスクの外側へと回り込んでしまうことがある。このため、特に、受光部と電極パッドとの間隔が狭い場合、金属薄膜５２をシンチレータ３層の直上部分だけに形成するのは困難であり、配線４や電極パッド１１、２２上にまで金属が蒸着されてしまうことがある。本発明によれば、配線４と電極パッド１１、２２が第１の有機膜５１で被覆されているので、金属薄膜５２が配線４と電極パッド１１、２２上に直接形成されることがなく、金属薄膜５２による配線４、電極パッド１１、２２の短絡を効果的に防止できる。
【００２４】
また、金属薄膜５２の蒸着時、マスクを配置しない場合も、配線４や電極パッド１１、２２部分にまで金属薄膜５２が形成されることになるが、配線４と電極パッド１１、２２は第１の有機膜５１で被覆されているので、短絡は防止されている。また、金属薄膜５２を第１の有機膜５１を介して配線４と電極パッド１１、２２を覆う幅広い領域に形成することで、耐湿性をより向上させることができる。
【００２５】
そして、再度CVD法により、パリレンを基板全体の表面に10μｍ厚さで被覆して第２の有機膜５３を形成する（図１２参照）。この第２の有機膜５３は、金属薄膜５２のハンドリング等による汚れやはく離、酸化による劣化を防止するためのものである。こうして第１の有機膜５１、金属薄膜５２、第２の有機膜５３を積層させてなる保護膜５が形成される。
【００２６】
金属薄膜５２を第１の有機膜５１を介して配線４や電極パッド１１、２２上にも形成した場合、金属薄膜５２、第２の有機膜５３は電極パッド１１、２２の表面のみならず両者を繋ぐ配線４の周囲にも形成されており、第１の有機膜５１と合わせて配線４を三重に被覆していることになり、より配線４の機械的強度、接着強度を上げることができる。また、上述したようにマスクを用いて金属薄膜５２を形成した場合は、配線４の周囲や電極パッド１１、２２上には第１の有機膜５１と第２の有機膜５３の二重被覆が形成されることになる。
【００２７】
続いて、電極パッド１１、１２の保護膜５上に保護膜５で被覆されている配線４を包み込むように樹脂を塗布して硬化させることで保護樹脂層６を形成する。配線４は、電極パッド１１、１２を覆う保護膜５上に突出し、その周囲は、配線４上にまで金属薄膜５２を形成した場合は、有機膜５１、５３と金属薄膜５２からなる保護膜５により三重に被覆される（図１４参照）。また、配線４上には金属薄膜５２を形成していない場合には、有機膜５１、５３により二重に被覆される（図１５参照）。いずれの場合も、図１３〜図１５に示されるように保護樹脂層６が被覆配線４の周囲に回り込み、配線４をポッティングしている。これにより配線４がさらに保護されるので、使用時の配線４の破損を効果的に防止できる。この保護樹脂層６は必ずしも設ける必要はないが、配線４の保護のためには設けることが好ましい。
【００２８】
この後で形成した保護膜５のうち基台１の裏面の保護膜５を除去して基台１裏面に設けられている外部接続用の電極端子１２を露出させることで図１〜図３に示される放射線検出器が得られる。
【００２９】
続いて、本実施形態の動作を図１〜図３により、説明する。入射面側から入射したＸ線（放射線）は、保護膜５、すなわち、第２の有機膜５３、金属薄膜５２、第１の有機膜５１の全てを透過してシンチレータ３に達する。このＸ線は、シンチレータ３で吸収され、Ｘ線の光量に比例した光が放射される。放射された光のうち、Ｘ線の入射方向に逆行した光は、第１の有機膜５１を透過して、金属薄膜５２で反射される。このため、シンチレータ３で発生した光はほとんど全てが光電変換素子２へと入射する。このため、効率の良い高感度の測定が可能となる。
【００３０】
各々の光電変換素子２では、光電変換により、この可視光の光量に対応する電気信号が生成されて一定時間蓄積される。この可視光の光量は入射するＸ線の光量に対応しているから、つまり、各々の光電変換素子２に蓄積されている電気信号は、入射するＸ線の光量に対応することになり、Ｘ線画像に対応する画像信号が得られる。光電変換素子２に蓄積されたこの画像信号を図示していない信号ラインから電極パッド２２、配線４、電極パッド１１、配線１３を介して最終的には電極端子１２から順次出力することにより、外部へと転送し、これを所定の処理回路で処理することにより、Ｘ線像を表示することができる。
【００３１】
以上の説明では、保護膜５としてパリレン製の有機膜５１、５３の間に金属薄膜５２を挟み込んだ構造のものについて説明したが、第１の有機膜５１と第２の有機膜５３の材料は異なるものでも良く、金属薄膜５２として金等の腐食に強い材料を使用しているような場合は、第２の有機膜５３自体を設けなくてもよい。
【００３２】
また、ここでは、第１の有機膜５１が基台１の側面部までを覆っている形態について説明してきたが、第１の有機膜５１は少なくともシンチレータ３全体と電極パッド１１、２２と配線４を覆っていれば良く、基台１のその他の部分まで覆っている必要はない。ただし、基台１表面まで覆っている場合には、第１の有機膜５１の縁部分が基台１に密着することで縁部分からの第１の有機膜５１の剥がれを効果的に防止できるため好ましい。
【００３３】
さらに、固体撮像素子２は、アモルファスシリコン製のフォトダイオード（ＰＤ）アレイと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で形成したものでもよいし、ＭＯＳ型のイメージセンサでもよい。
【００３４】
このような構成を採用することにより、放射線検出器の厚みを2.5mm程度と従来良く用いられてきたFOP（ファイバ光学プレート）付の放射線検出器の厚み5.0mmの半分程度に薄くすることが可能となった。また、ボンディングパッドと受光部との間隔を狭くすることで、従来品（特開平10-282243号公報）と同程度の受光部の面積を確保しつつ、受光部周辺の面積を小さくすることで全体の面積を小さくすることができるので、コンパクト化（従来品の約９０％）した放射線検出器が実現できる。これは口腔内に挿入して使用する歯科用の放射線検出器においては大きな利点である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、固体撮像素子の受光部表面上に形成されているシンチレータと、固体撮像素子とそれを載置する基台双方の電極パッドと、両者を電気的に接続する配線を有機膜で被覆してその上に金属薄膜を形成している。そのため、外部回路との電気的接続用のライン形成が容易になり、作業性が向上する。また、小型の放射線検出素子において、受光部をできるだけ大きく形成することが容易になる。さらに、有機膜がシンチレータを密封することでシンチレータの耐湿性を確保でき、この有機膜が電極パッドと配線をも被覆して保護していることで、配線の断線を効果的に防止できる。有機膜上に形成されている金属薄膜は、シンチレータの耐湿性をさらに向上させるが、この金属薄膜と配線、電極パッドとの間に電気絶縁性の有機膜が介在することで短絡が効果的に防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明に係る放射線検出器の実施形態を示す側面図である。
【図４】図１の装置に用いられる基台の斜視図である。
【図５】図１の装置の製造工程を説明する側面図である。
【図６】図５の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図７】図６の工程を説明する斜視図である。
【図８】図６の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図９】図８の工程を説明する斜視図である。
【図１０】図８の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１１】図１０の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１２】図１１の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１３】図１２の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１４】図１３における配線部分の拡大断面図である。
【図１５】別の実施形態における図１４に該当する部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…基台、２…固体撮像素子、３…シンチレータ、４、１３…配線、５…保護膜、６…保護樹脂層、１０…凹部、１１、２２…電極パッド、２０…基板、２１…光電変換素子、５１、５３…有機膜、５２…金属薄膜。
【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】
0004234303.tif 000013
【図１３】
0004234303.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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