CN1222977A - 放射线检测元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

将受光元件2二维排列在基板上,把用信号线3与各行或各列受光元件2电连接的焊盘4排列在基板1的外周边上,在受光元件2和信号线3上设置保护用的钝化膜5,形成受光元件阵列6。将CsI柱状晶体的闪烁器7沉积在该受光元件阵列6的受光面上,并在其上沉积Al无机膜9夹在Parylene制的有机膜8、10之间作为保护膜11。在使焊盘4露出的位置把保护膜11的外周切开,并用覆盖树脂12密合在钝化膜5上。

Description

放射线检测元件及其制造方法

本发明涉及放射线检测元件，特别地涉及在医疗用X射线照相等中使用的具有大面积受光单元的放射性检测元件。

在医疗、工业用的X射线照相中，虽然以前使用X射线感光胶片，但从方便和照相结果的保存的角度考虑，使用放射线检测元件的放射线成像系统正日益普及。在这种放射线成像系统中，使用具有多个象素的放射性检测元件，以电信号形式取得由放射线所产生的二维图像数据，在利用处理装置处理该信号后，在监视器上进行显示。典型的放射线检测元件是在一维或二维排列的光检测器上配置闪烁器，由闪烁器将入射放射线转换成光后进行检测。

典型的闪烁器材料CsI是吸水性材料，它可吸收空气中的水蒸气(湿气)并溶化。结果，就出现闪烁器的特性尤其是解像度劣化的问题。

作为使闪烁器免受潮气影响的放射线检测元件的结构，已知有特开平5-196742号公报公开的技术。该技术通过在闪烁器层的上部形成不透水的防湿保护层使闪烁器免受潮气的影响。

然而，在该技术中，将闪烁器层外周部分的防湿保护层密合在放射线检测元件的基板上很困难，特别是在胸部X射线照相等中使用的大面积的放射线检测元件中，外周部分很长，防湿保护层很容易脱落，闪烁器层不能完全密封，水分会侵入闪烁器层，具有其特性容易劣化的缺点。

另外，在该技术中还公开了防湿保护层的水密层的制造方法：在液态下将硅浇注材料等涂敷在闪烁器层或涂敷在设置在放射性检测元件的受光面侧的光阑材料的内侧之后，在水密层干燥前将该光阑材料设置在闪烁器层上，由此来固定水密层。采用该制造方法，难以在表面形状不规则的闪烁器层上均匀地形成水密层，存在着密合性下降的可能性。这一点在大面积放射线检测元件中更容易发生。

本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供具有闪烁器防湿用的、均匀且容易制造的保护膜的放射线检测元件及其制造方法。

为了解决该课题，本发明的放射线检测元件的特征在于包括：(1)受光元件阵列，系将多个受光元件在基板上一维或二维排列形成受光单元并将与该受光单元的各行或各列的受光元件电连接的多个焊盘配置在受光单元的外部而形成；(2)闪烁器层，它将集聚在受光元件上的放射线转换成可见光；(3)放射线可通过的耐湿保护膜，它由至少包含有机膜和在其上沉积的无机膜的两层以上的多层膜组成，至少覆盖住闪烁器层，并使受光元件阵列的焊盘露出；(4)覆盖树脂膜，沿受光元件阵列露出部分的边界即边缘用该覆盖树脂涂敷耐湿保护膜，使该耐湿保护膜的边缘密合在受光元件阵列上。

由此，入射放射线由闪烁器层转换成可见光。通过利用一维或二维排列的受光元件检测该可见光图像，得到与入射放射线图像对应的电信号。闪烁器层具有因吸湿而劣化的性质，然而根据本发明，用耐湿保护膜覆盖闪烁器层，用覆盖树脂涂覆耐湿保护膜的边缘，使得闪烁器层被完全密封，与外部空气隔离，可免受空气中的水蒸气的影响。而且，与外部电路连接用的焊盘部分被露出来。

另一方面，本发明的放射线检测元件的制造方法特征在于包括：(1)，在受光元件阵列的受光元件上积层形成把放射线转换成可见光的闪烁器层，其中，将多个受光元件在基板上一维或二维排列而形成其受光单元，将与该受光单元的各行或各列受光元件电连接的多个焊盘配置在受光单元的外部；(2)，形成放射线可通过的第一有机膜，该有机膜包覆全部的受光元件阵列；(3)，形成放射线可通过的耐湿保护膜，该耐湿保护膜是在第一有机膜上沉积包含无机膜的至少一层膜，是由两层以上的多层膜组成；(4)，在闪烁器层的外侧上将至少包覆焊盘的那部分耐湿保护膜切开除去，至少使受光元件阵列的包含焊盘的区域露出来；(5)，沿受光元件阵列的露出部分的边界(即边缘)用树脂涂敷耐湿保护膜，使耐湿保护膜的边缘密合在受光元件上。

通过把整个受光元件包覆的方式形成第一有机膜，提高了闪烁器层和有机膜的密合程度，形成均匀的膜。由于形成了均匀的耐湿保护膜，通过除去焊盘部分上的耐湿保护膜就可使焊盘确定地露出来。而且，由于沿露出部分的边界(即边缘)用树脂涂覆耐湿保护膜，使耐湿保护膜的边缘密合在其下的受光元件阵列的表面上，从而密封了耐湿保护膜下面的闪烁器层。

通过下面的详细说明和附图可进一步充分理解本发明，但这些只是示例性的，不应认为是对本发明的限制。

本发明的其它应用范围可从以下的详细说明中得到阐明。然而，虽然详细说明及特定事例示出了本发明的优选实施方案，但在本发明的精神和范围中，本领域的技术人员可从详细说明中引出各种变更和改进，这是不言而喻的。

图1是本发明的一个实施方案的俯视图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3-10是图1所示实施方案的制造工序图。

图11是本发明的另一实施方案的俯视图。

图12是图11的B-B剖面图。

下面，根据附图说明本发明的优选实施方案。另外，为了易于理解，对各图中的同一构成要素尽可能标注同一标号，并省略重复的说明。而且，各附图中的大小和形状不一定都和实际相同，为了易于理解对某些部位进行了夸张放大。

图1是本发明的一个实施方案的俯视图，图2是其外周部分的A-A断面的放大图。

首先，参照图1、图2说明本实施方案的结构。进行光电转换的受光元件2被二维排列在绝缘的，例如玻璃制作的，基板1上面形成受光单元。该受光元件2由非晶态硅制成的发光二极管(PD)和薄膜晶体管(TFT)构成。各行或各列的受光元件2分别由读出信号用的信号线3电连接。用于将信号取出到外部电路(未图示)的多个焊盘4沿基板1的外周边(例如相邻的两个边)配置，并通过信号线3与对应的多个受光元件2电连接。在受光元件2和信号线3上形成绝缘的钝化膜5。该钝化膜5最好采用氮化硅或二氧化硅。另一方面，焊盘4为了便于和外部电路连接而露出。下面，将该基板和基板上的电路部分称作受光元件阵列6。

在受光元件阵列6的受光单元上形成把入射放射线转换成可见光的柱状结构的闪烁器7。闪烁器7可采用各种材料，最好采用发光效率高的掺杂TL(铊)的CsI等。在闪烁器7上，形成由X射线可透过水蒸气不能透过的第一有机膜8、无机膜9、第二有机膜10依次沉积的保护膜11。

第一有机膜8和第二有机膜10采用聚对二甲苯树脂(ThreeBond公司生产、商品名Parylene(聚对亚苯基二甲基或称聚对二甲苯基))最好采用聚对氯二甲苯基(同一公司制造，商品名Parylene C)。利用Parylene制成的涂敷膜具有水蒸气和气体的透过率极低、防水性、耐腐蚀性高、电绝缘性优良、对放射线和可见光透明等与有机膜8、10相称的优良特征。有关利用Parylene制成的涂料的详细情况，记载于《ThreeBond技术新闻》(平成4年9月23日发行)中，在此描述其特征。

Parylene能够和金属的真空蒸镀相同地在真空中利用化学气相沉积法(CVD)在支持体上沉积以进行涂敷。它由如下工序构成：将原料P-二甲苯热分解，将生成物在甲苯、苯等有机溶剂中急冷，可得到称作二聚物的二对二甲苯；将二聚物热分解，可生成稳定的自由基对二甲苯气体；使产生的气体吸附在坯料上，聚合形成聚合分子量为约50万的聚对二甲苯膜。

Parylene蒸镀时的压力比金属真空蒸镀时的压力0.001乇高，为0.1～0.2乇。并且，在蒸镀时，单分子膜覆盖住被覆盖物的全部后，才在其上进一步蒸镀Parylene。因此，能够生成没有微孔的均匀厚度的厚0.2μm以上的薄膜，在液态下不可能进行的在尖角部分、边缘部分以及微米量级的狭窄缝隙处的涂敷都成为可能。而且由于涂敷时不需要热处理，可以在接近室温的温度下进行涂敷，所以不产生伴随硬化而发生的机械应力和热变形，还具有优良的涂覆稳定性。而且，还可以对几乎所有的固体材料进行涂敷。

另一方面，如果无机膜9可以透过X射线，则能够使用对可见光透明、不透明或反射等的各种材料，能够使用Si、Ti、Cr的氧化膜和金、银、铝等的金属薄膜。尤其是若使用对可见光反射的膜，则由于具有防止闪烁器7发生的散光泄漏到外部而使灵敏度上升的效果，最理想。在此，使用容易成形的Al为例进行说明。虽然Al本身在空气中容易腐蚀，但由于无机膜9被第一有机膜8和第二有机膜10夹着，所以可受到保护而不受腐蚀。

该保护膜11的外周，在受光单元的外周和受光元件阵列6的外周之间并延伸到焊盘4内侧，焊盘4露出以用于与外部电路连接。这样，该保护膜11虽然由上述Parylene涂敷形成，但由于是用CVD法形成，所以形成为覆盖了受光元件阵列6的整个表面。因而，为使焊盘4露出，需要切开比焊盘4更内侧的Parylene涂覆形成的保护膜11，除去外部的保护膜11。这时，保护膜11很容易从切开的外周部分剥离。因此，在保护膜11的外周部分和其外边的受光元件阵列6上的钝化膜5上涂敷覆盖树脂12进行覆盖。

作为覆盖树脂12，优选采用对保护膜11和钝化膜5粘结性优良的树脂，例如丙烯酸类粘合剂的协立化学工业株式会社生产的WORLDROCK No.801-SET2(70,000 cP型)。该树脂粘合剂用700mW/cm²的紫外线照射大约20秒就硬化，硬化膜柔韧且具有足够的强度，耐潮、耐水、耐电解性能优良，与各种材料特别是玻璃、塑料等的粘接性良好，具有适于用作覆盖树脂12的优良特性。

下面，参照图3～10说明该实施例的制造工序。如图4所示，利用蒸镀法在图3所示的受光元件阵列6的受光面上生长厚为600μm的铊掺杂的CsI柱状结晶而形成闪烁器7层。

形成闪烁器7的CsI吸湿性强，如果原样露出，会吸收空气中的水蒸气而溶解。因而，为防止这种情况，利用如图5所示的CVD法在基板的整个表面包覆10μm厚的由Parylene形成第一有机膜8。虽然在CsI的柱状晶体中有间隙，但由于Parylene进入狭小的间隙中，第一有机膜8密合在闪烁器7的层上。而且，利用Parylene涂覆，在凹凸的闪烁器7层的表面上得到厚度均匀的致密涂覆薄膜。如上所述，由于能够在比金属蒸镀时更低的真空度中和常温下进行Parylene的CVD形成，所以加工容易。

另外，如图6所示，通过蒸镀法在入射面一侧的第一有机膜8的表面上沉积一层0.15μm厚的Al膜，形成无机膜9。并且，再次利用CVD法将Parylene以10μm的厚度覆盖在整个基板的表面上而形成第2有机膜10，如图7所示。该第二有机膜10可防止由于无机膜9的腐蚀而造成的劣化。

如图8所示，在受光单元的外周和受光元件阵列6的外周部分之间且在焊盘4的内侧，用准分子(excimer)激光等沿光受光单元的外周切开采用如上方式所形成的保护膜11，就可如图9所示，除去切开部分以外和入射面的内侧(或另一侧)的保护膜11不要的部分，使用于与外部电路连接的焊盘4露出。由于钝化膜5和保护膜11的最下层的第一有机膜7的密合性不好，如果在其上按原样设置切断的外周部，保护膜11就容易从外周部剥离。因此，如图10所示，要在保护膜11的外周部和其周围的钝化膜5上涂敷覆盖树脂12进行覆盖，再用紫外线照射，使覆盖树脂12硬化，使保护膜11密合在受光元件阵列6上。由此，把闪烁器7密封，能够防止因吸湿引起的解像度的劣化。

下面，参照图1和图2说明本实施方案的动作。从入射面侧入射的X射线(放射线)透过第一有机膜8、无机膜9和第二有机膜10组成的保护膜11到达闪烁器7。闪烁器7吸收该X射线并放出与X射线光量成正比的可见光。在发出的可见光中，与X射线入射方向相同的可见光在无机膜9处被反射，因此，闪烁器7发出的可见光，几乎全部到达闪烁器7之下的受光元件2。因此，可以进行高效率的检测。

在各受光元件2上，利用光电转换生成与该可见光的光量相对应的电信号并累积一定时间。到达受光元件2的可见光的光量，由于与入射X射线的光量对应，在各受光元件2上累积的电信号与入射X射线的光量对应，就成为与X射线图像对应的图像信号。受光元件2上累积的该图像信号通过信号线3从焊盘4上依次读出，传输到外部，用预定的处理电路处理后能够显示X射线图像。

在上面的说明中，作为保护膜11说明的是结构为在Parylene制的第一有机膜8、10之间夹有无机膜9的保护膜，但也可以是第一有机膜8和第二有机膜10材料不同的保护膜。还有，在无机膜9使用抗腐蚀性的材料时，也可以不设置第二有机膜10。

在此，是以覆盖树脂12形成在受光元件阵列6的受光元件2的外侧的钝化膜上为例进行说明的，但在受光元件2与焊盘4邻接的情况下，在其边界形成覆盖树脂几乎是困难的。为使焊盘4可靠地露出且用覆盖树脂12可靠地涂覆保护膜11的周围，最好使覆盖树脂12的位置位于受光元件2的两侧。为此，闪烁器7不是在整个受光元件2上形成，而是在除去焊盘4附近的象素的有效画面区域的受光元件2上形成，然后形成覆盖整个闪烁器7层的保护膜11，在其上未形成闪烁器7的受光元件2的象素上可以通过覆盖树脂12涂覆保护膜11。这时，由于焊盘4附近的象素都被覆盖树脂12盖住，在前面不存在闪烁器7，所以，对放射线的灵敏度降低，结果，这些象素不能使用，受光元件2的有效象素数及有效画面面积减小，但是在受光元件2为大画面象素多时，无效象素的比例减少，因元件的结构使得具有制作容易的优点。

下面，参照图11、图12说明本发明的另一实施方案。图11是该实施例的放射线检测元件的俯视图，图12是其B-B放大剖面图。该元件的基本结构与图1和图2所示的实施方案的元件相同，下面仅说明不同点。

在图11、图12所示的实施方案中，保护膜11被形成在受光元件阵列6的受光面侧和内侧(即受光面另一侧)的前面，焊盘4被露出。并且，沿保护膜11的边界(边缘)涂敷覆盖树脂12，包围露出的焊盘4。由于在本实施例中，焊盘4也可靠地露出，保护膜11被覆盖树脂12可靠地密合在受光元件阵列6上，所以闪烁器7层被密封，能够防止吸湿造成的劣化。

这一点在焊盘4小的CCD及MOS型摄影元件的情况下，减少可能引起保护膜剥落的边界部分即边缘部分的长度时更为显著。

另外，在上述说明中，对从受光元件上的闪烁器侧入射放射线的所谓表面入射型的放射线检测元件进行了说明，但本发明也可适用于从基板侧入射放射线的所谓内侧入射型的放射线检测元件。这样的内侧入射型放射线检测元件能够用作高能放射线检测元件。

如上述说明的那样，根据本发明，为保护吸湿性高的闪烁器，在闪烁器上形成由Parylene等构成的保护膜，该保护膜的边缘利用树脂层与受光元件阵列结合，因此，闪烁器层被密封。特别是，由于防止了从保护膜的边缘上剥落，提高了耐湿性能。

根据本发明的制造方法，在形成保护膜后除去了不必要的部分，所以，与只在必要部分形成保护膜的情况相比，容易形成均匀状态的保护膜，使焊盘可靠地露出。还有，由于保护膜可浸透到闪烁器晶体间隙中，保护膜和闪烁层的密合性得到了提高。

当然，可从上述本发明的说明出发对本发明进行各种变形，不能认为这些变形脱离了本发明的思想和范围，在下面的权利要求书中包括了本领域技术人员易知的种种改进。

本发明的放射性检测元件可应用于特别是医疗、工业用X射线照相中使用的大面积放射线图像系统。特别是在取代当前广泛使用的X射线胶片的胸部X射线摄影等中使用。

Claims (4)

1．一种放射线检测元件，包括：

受光元件阵列，其多个受光元件在基板上呈一维或二维排列形成其受光单元，并将与所述受光单元的各行或各列的所述受光元件电连接的多个焊盘配置在所述受光单元的外部；

闪烁器层，该闪烁器层在所述受光元件上层积形成，把放射线转换成可见光；

放射线可通过的耐湿保护膜，它由至少包含有机膜和在其上沉积的无机膜的两层以上的多层膜组成，在覆盖了闪烁器层的同时使所述受光元件阵列的所述焊盘部分露出；以及

覆盖树脂，沿所述耐湿保护膜和受光元件阵列露出部分的边界(即边缘)用所述覆盖树脂涂敷耐湿保护膜，使所述耐湿保护膜的边缘密合在所述受光元件阵列上。

2．如权利要求1所述的放射线检测元件，其特征在于：

所述焊盘位于所述基板的外周边处，所述耐湿保护膜在所述受光单元的外缘和所述受光元件阵列的外缘之间覆盖形成，所述覆盖树脂涂敷在所述耐湿保护膜的外周部分。

3．一种放射线检测元件的制造方法，包括下列步骤：

在受光元件阵列的受光元件上层积形成把放射线转换成可见光的闪烁器层，其中，将多个所述受光元件在基板上呈一维或二维排列地形成所述受光元件阵列的受光单元，并将与所述受光单元的各行或各列受光元件电连接的多个焊盘配置在所述受光单元的外部；

形成放射线可通过的第一有机膜，使其包覆整个所述受光元件阵列；

在所述第一有机膜上沉积包含无机膜的一层以上的膜，形成由两层以上的多层膜组成的放射线可通过的耐湿保护膜；

将所述闪烁器层的外侧的，即至少将包覆所述焊盘的那部分耐湿保护膜切开除去，至少使所述受光元件阵列的包含上述焊盘的区域露出来；

沿所述耐湿保护膜与所述受光元件阵列的露出部分的边界(即边缘)用树脂涂敷所述耐湿保护膜，使所述耐湿保护膜的边缘密合在所述受光元件阵列上。

4．一种放射线检测元件的制造方法，包括下列步骤：

在受光元件阵列的所述受光元件上层积形成把放射线转换成可见光的闪烁器层，其中，将多个受光元件在基板上呈一维或二维排列形成其受光单元，将与所述受光单元的各行或各列的所述受光元件电连接的多个焊盘配置在所述基板的外周边部；

形成放射线可通过的第一有机膜，使其包覆所述受光元件阵列整体；

在所述第一有机膜上淀积包含无机膜的一层以上的膜，形成由两层以上的多层膜组成的放射线可通过的耐湿保护膜；

在所述闪烁器层的外周和所述焊盘部分之间的位置沿所述闪烁器层外周把所述耐湿保护膜切开，将在该切开面以外以及入射面内侧形成的所述耐湿保护膜除去，使所述焊盘露出；

用树脂涂敷被切开的所述耐湿保护膜的外周部分，使所述耐湿保护膜的外周部分密合在所述受光元件阵列上。

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