JP2007285709A - 放射線撮像装置の製造方法及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】接着層中の気泡による画像欠陥を低減して画像品位を向上させるとともに、製品毎の接着層厚みのばらつきを抑えて安定な品質を保証することを目的とする。
【解決手段】光電変換素子が形成される光電変換素子部が接着された基台である光電変換パネルに、放射線を光に変換するシンチレータを透明接着剤で貼り合わせる放射線撮像装置の製造方法において、大気圧雰囲気下で、シンチレータ又は光電変換パネルに透明接着剤を塗布する工程と、減圧雰囲気下で、シンチレータと光電変換パネルとを貼り合わせる工程と、雰囲気を大気圧雰囲気に戻した上で、透明接着剤を硬化させる工程と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、医療診断用又は非破壊検査用の二次元画像を読み込める放射線撮像装置の製造方法及び放射線撮像システムに関し、シンチレータと複数枚で構成された光電変換素子部とを備える放射線撮像装置の製造方法及び放射線撮像システムに関する。

昨今、医療のさまざまな分野でデジタル化が進んでいる。例えば、放射線を利用したＸ線診断の分野では、画像情報のデジタル化のため二次元の放射線撮像装置が開発されてきている。特に、乳房撮影用、胸部撮影用には最大で４３ｃｍ四方の放射線撮像装置が作られている。

この種の撮像装置は、複数の撮像素子をタイル状に貼り合わせることで、大面積の放射線撮像装置を実現している。この撮像素子としては、ＣＣＤ撮像素子、ＭＯＳ型撮像素子又はＣＭＯＳ型撮像素子等がある。

医療診断を目的とする放射線撮影は、例えば、増感紙とＸ線写真フィルムを組み合わせたフィルムスクリーンシステムがよく行われている。

このシステムによれば、被写体を透過したＸ線は被写体内部の情報を含み、それが増感紙によってＸ線の強度に比例した可視光に変換されＸ線フィルム上に感光される。

また最近では、Ｘ線をシンチレータによってＸ線の強度に比例した可視光に変換し、それを光電変換素子（フォトダイオード）を用いて電気信号に変換、ＡＤ変換器でデジタル信号に変換する装置が使用されている。

このように複数の撮像素子を貼り合わせた撮像装置としては、特許文献１に開示されるものがある。

図２０は特許文献１に開示された放射線撮像装置の断面図である。

基台３に固定用接着剤２で複数枚の光電変換素子基板１を接合して大判化基板４とし、基板１の受光面上に透明接着剤６を介してシンチレータ５が貼りあわされた構造である。

透明接着剤２は気泡がない又は気泡の大きさが画像サイズより小さいことが好ましい。透明接着層に気泡があると、空気と接着剤の屈折率の差から光透過率が変わってしまい画像ムラとなる。

従来技術では、気泡を生じることなく大判化基板とシンチレータを貼り合わせる製造方法を示している。

図２１は、その貼り合せ方法を示した断面図である。

まず、あらかじめ光電変換基板の受光面に透明接着剤が塗られた大判化基板の端にシンチレータを置いて、その部分にシンチレータの上からローラー３３で加圧する。

ローラー３３は所定の接着厚みになるような圧力で設定されており、加圧した状態でローラー３３は回転し、加圧開始点とは反対側の大判化基板の端までローラー３３を回転移動させる。

ローラー３３は厚みをコントロールしながら、余剰な接着剤とともに貼りあわせ時に発生する気泡も一緒に押し、気泡のなく厚みが制御された接着層を得ることができる。
特開平１０−２３３４９６号公報

しかしながら、従来の貼り合せ手法では、以下に示す点で困難があった。

図２２は、接着剤中に気泡を取り込むメカニズムを説明したものである。

光電変換素子基板上に接着剤を滴下した時に、表面粗さ、濡れ性、配線の段差などにより接着剤の表面が凹凸形状塗布面３４になる場合がある。

この状態でシンチレータを密着させると凹凸形状にそって気泡２５を取り込んでしまう。

気泡はローラーをしごいて外気に抜けさせていくのだが、どうしても加圧開始地点では気泡が残留してしまう。

また、ローラーでしごいて気泡抜きをする時に、図２３のように光電変換素子基板間２６の近傍にくると、隣接した基板との段差により気泡が隙間に残留してしまうこともある。

透明接着剤はより強い接着強度を得るために加熱硬化又はＵＶ硬化のものから選択したほうが良い。

従来技術の装置においては、シンチレータ、光電変換基板、基台ともにＵＶは透過しにくい材質となっているので、熱硬化タイプの接着剤を採用している。

一般に熱硬化の場合、十分な接着強度を得るには９０℃〜１５０℃までの温度が必要となる。

接着層中に気泡が入った状態で加熱する、例えば１５０℃でキュアをかけると気泡の体積は約１．４倍に膨張する。

図２４のようにチップ段差付近に気泡が残留していれば、気泡は膨らんで光電変換素子基板上にかかってしまう。

そこで、本発明は、接着層中の気泡による画像欠陥を低減して画像品位を向上させるとともに、製品毎の接着層厚みのばらつきを抑えて安定な品質を保証することを目的とする。

また、接着剤の除去作業をなくすことで工数を削減して低コスト化した画像入力装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、光電変換素子が複数形成される光電変換素子部が基台に接着された光電変換パネルに、放射線を光に変換するシンチレータを透明接着剤で貼り合わせる放射線撮像装置の製造方法において、大気圧雰囲気下で、前記シンチレータ又は前記光電変換パネルに前記透明接着剤を塗布する工程と、減圧雰囲気下で、前記シンチレータと前記光電変換パネルとを貼り合わせる工程と、雰囲気を大気圧雰囲気に戻した上で、前記透明接着剤を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、シンチレータとセンサパネルが接着された基板とを貼り合わせるときだけ減圧することで、貼り合せ時に生じる気泡を小さくすることができる。これにより、気泡による画像欠陥を低減し、画像品位が向上する。

さらに、透明接着剤の塗布形状が格子型のライン状又はドット状にすることで、貼り合せ時に生じる気泡のサイズと発生箇所を制御でき、格子状のピッチを狭めれば初期の気泡のサイズを小さくすることが可能となる。これにより、気泡による画像欠陥を低減し、画像品位が向上する。

さらに、光電変換素子部の外周部近傍で、透明接着剤が多く塗布されることで、チップ間とシンチレータ端に余剰な接着剤を供給できるようになり、その場所からの気泡の侵入を防ぐことができる。これにより、気泡による画像欠陥を低減し、画像品位が向上する。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態としての放射線撮像装置の製造方法で作製される放射線撮像装置を示し、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は断面図である。

図１に示すように、基台３上に接着剤２によって、光電変換素子が形成される光電変換素子部１が接着されている。これを光電変換パネル４とする。

光電変換パネル４の光電変換素子部１が接着される面上には、透明接着剤６で放射線を光に変換するシンチレータ５が接着されている。

光電変換素子部１に形成される光電変換素子は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ａ−Ｓｉフォトダイオード（ＰＩＮ型、ＭＩＳ型）に代表されるもので、光電変換素子部１には二次元状に配列されている。

また、光電変換素子部１は、複数枚（図１中では１０枚）貼り合わされており、二次元状に規則正しく配列されている。

基台３には、ガラス、セラミック、ＣＦＲＰ、アルミなどの材料を用いられるが、製造中に加わる熱を考慮し、シンチレータ５と光電変換素子部１と基台３には熱膨張係数が極力近いものになるように選ぶことが望ましい。

シンチレータ５は、放射線を光に変換するためのシンチレータ層を有している。シンチレータ５の材料としては、増感紙、ＡＣＳ、ＦＯＳがある。

増感紙は酸化チタンが含有されたＰＥＴ基板上に粉末状のＣａＷＯ_４、ＣｄＷＯ_４、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＨｆＰ_２Ｏ_７、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ_３が混合された結合材を塗布し乾燥させたものである。

ＡＣＳ、ＦＯＳはＣｓＩを真空蒸着させたもので、蒸着基板がそれぞれアモルファスカーボンとＦＯＰ（ファイバーオプティカルプレート）となる。

ＣｓＩ、ＣａＷＯ_４、ＣｄＷＯ_４、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＨｆＰ_２Ｏ_７、ＺｎＳ、ＺｎＣｄＳ_３はいずれも放射線を可視光に変換する材料である。

シンチレータ５と光電変換パネル４とを固定する接着剤はエポキシ、シリコーン、アクリル系の樹脂であり、熱で硬化するタイプを用いる。

透明接着剤６は光学的に透明であり、光電変換素子部１の配線が電食しないようにＮａ、Ｋなどのアルカリ金属のイオン成分が１０ｐｐｍ以下であることが求められている。

また、透明接着剤６の厚みは解像度の観点から１００μｍ以下が好ましく薄ければ薄いほど良いが、隣接したチップ間の段差が最大１０μｍ程度あるため、透明接着剤６は最低１０μｍ以上が必要となる。

さらに、接着厚みを厳密に制御したい場合は、透明接着剤６中に球状又は円柱状のスペーサーを混入させても良い。

光電変換素子部１上には、引き出し電極にバンプ７が形成され、フレキシブル回路基板８から出ているリード線と接合されている。

フレキシブル回路基板８は基台３に設けられた孔９を通して、基台３の裏側にある駆動又は演算処理用のＩＣを備えたプリント回路基板に接続されている。

フレキシブル回路基板８をプリント回路基板に接続する際には、バンプ７から剥れないように基台３にある孔９に封止材１０を充填することで固定している。

次に、本発明の一実施形態としての放射線撮像装置の製造方法を説明する。

図２は、本発明の一実施形態としての放射線撮像装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。
（１）ダイシング：光電変換素子が形成されるウェハーを切断して、所望のサイズの光電変換素子部１を作る。
（２）バンプ形成：光電変換素子部１の引き出しパッドにバンプ７を作る。
（３）インナーリードボンディング：フレキシブル回路基板８から出ているリード線をバンプ７に接合する。
（４）インナーリード曲げ：インナーリードをチップ裏面側に向けて９０°曲げる。
（５）チップアライメント：複数枚の光電変換素子部１をアライメントしながら二次元的に配列する。
（６）基台貼り合せ：配列した光電変換素子部１を接着剤２にて基台３に貼り合せる。
（７）シンチレータ貼り合せ：光電変換素子部１の受光面上に透明接着剤６でシンチレータ５を貼り合せる。

この後、フレキシブル回路基板８をプリント回路基板に接続し、筐体に取り付けると放射線撮像装置ができ上がる。

次に、各工程を具体的に説明する。

図３は、ダイシング工程を示す図で、図３（ａ）はその平面図であり、図３（ｂ）はその側面図である。

薄膜半導体プロセスによって作製されたウェハー１１を所定のスライスラインに沿ってダイシングブレード１２で切断し、１チップの光電変換素子部１にする。

光電変換素子部１とフレキシブル回路基板８との電気的接続を行うために、光電変換素子部１上にある入出力用の引き出し電極部１３に、スタッドバンプ方式やメッキなどの方法によりバンプ７を形成する。

図４は、光電変換素子部１にバンプ７を形成する工程を示す図である。図４（ａ）はその平面図であり、図４（ｂ）はその側面図である。

図５は、光電変換素子部１にあるバンプ７とフレキシブル回路基板８とを接続する様子を示した図である。図５（ａ）は、バンプ７及びフレキシブル回路基板８付近を示した概略的断面図であり、図５（ｂ）は上面図である。

図５において、１４はバンプ７に接続されるフレキシブル回路基板８のインナーリードである。１５は、光電変換素子部１の端部とインナーリードとがショートするのを防止したり、光電変換素子部１の端部が欠損するのを防止したりするための有機絶縁層である。有機絶縁層には、ポリイミド樹脂層などが使用される。

まず、有機絶縁層として、例えば、ポリイミド樹脂を２５μｍの厚さとなるように形成する。

次に、バンプ７とフレキシブル回路基板８との電気的接続を行うために、バンプ７とインナーリード１４とを、例えば超音波や熱圧着により金属間接合する。

ちなみに、インナーリード１４は、銅箔などをエッチングすることによって形成する。インナーリード１４は、ニッケル及び金を用いてメッキを施して１８μｍ程度の厚さとしている。また、フレキシブル回路基板８の総厚は、５０μｍ程度としている。

図６は、光電変換素子部１にあるバンプ７とフレキシブル回路基板８とを接続する際に治具で保持する様子を示す断面図である。

図６に示すように光電変換素子部１を保持台１６、１７によって保持した状態で、治具１８を二つの保持台の方向に移動させる。

こうして、光電変換素子部１の端部でインナーリード１４を光電変換素子部１の裏側に向けて９０°程度折り曲げる。

図７は、光電変換素子部１と基台３との接着工程を示す断面図である。

フレキシブル回路基板８を備えた複数の光電変換素子部１を、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向及びθ（回転）方向に可動するアライメントヘッド１９とアライメントカメラ２０を用いて位置合わせしながらアライメントステージ２１上に載置する。

このとき、図７（ａ）のように、各光電変換素子部１は、アライメントステージ２１に形成されている孔からバキューム装置などで吸引されることによってアライメントステージ２１上に固定される。

次に、図７（ｂ）において、各光電変換素子部１が所要の動作を行うかどうかの検査を行う。検査では、検査治具２２をフレキシブル回路基板８と接続して、例えば静電気などによって光電変換素子が破壊されていないかなどを調べる。

そして、図７（ｃ）では、検査の結果、光電変換素子に欠陥が発見されれば、その光電変換素子部１の下方のバキューム装置をオフして、アライメントヘッドを用いて不良チップ２３を交換する。

続いて、図７（ｄ）及び図７（ｅ）において、光電変換素子部１上に、紫外線、湿気、硬化剤付与で硬化するシリコーン、アクリル、エポキシ樹脂等の基板保持用の接着剤を塗布する。

基台３に設けられた長孔にフレキシブル回路基板８を挿入し、それから光電変換素子部１と基台３とを密着させた後に、紫外線を照射する又は加圧するなどして接着する。

なお、ここでは、基台３には、光電変換素子部１やシンチレータ５との間における熱膨張率などを考量して、ガラス、セラミック、パーマアロイ（鉄＋ニッケル）合金、ＣＦＲＰを用いる。

最後に、図７（ｆ）では、光電変換素子部１と基台３とを接着した後、ステージ上から光電変換パネル４を取り外す。

図８は、光電変換パネル４とシンチレータ５とを貼り合わせる工程の説明図である。

まず、シンチレータ５の光出力面又は光電変換パネル４の受光面のいずれかに透明接着剤６を塗布する。

透明接着剤６が硬化剤を添加する２液混合タイプの場合や、塗布厚みを制御するのにスペーサーを混合させた場合には、混合した際に生じた気泡を除去しなくてはならない。

塗布前に真空脱泡処理を行う必要があり、脱泡時の真空圧は、後記する真空貼りあわせの雰囲気より低い圧力で行う。もし高いと真空貼りあわせの時に接着剤から再び気泡が出てしまうからである。

接着剤の塗布方法としてスピンコート、スクリーン印刷、ディスペンサーによる手段が挙げられる。

塗布に求められる条件とし、次の項目が挙げられる。
（ａ）１０μｍ以上の厚膜塗布ができること。
（ｂ）室温雰囲気で長時間経過すると硬化する接着剤も扱うため、硬化によって部品が使用できないケースもあるので、消耗部品が安価であること。
（ｃ）実施形態２で説明するが、場所によって塗布厚みを変える可能性があるため、簡単に塗布量が変更できること。装置自体が安価であること。

以上の条件を踏まえて塗布手段を考慮すると次のようになる。

スピンコートは、厚膜塗布をするには何回もコーティングしなければならない。また、場所によって塗布厚みを変えることができない。よって、スピンコート法は、本実施形態の放射線撮像装置の製造方法において使用される方法としては適さない。

スクリーン印刷は、消耗品となる印刷版が高価であることや、場所によって塗布厚みを変えるには印刷版を２種類用意しなくてはならないので手間を要する。スクリーン印刷法も適さない。

一方、ディスペンサーは、圧力とニードル径によって塗布厚みを大きくすることができ、かつ塗布位置はロボット制御できるので部分的に塗布量を変更するのは簡単である。また、消耗部品はニードルとシリンジになるが比較的安価に手に入れることができる。

ディスペンサーは、ドット状又はライン状にしか塗布できないので膜厚ムラがスピンコートやスクリーン印刷に比べて大きい。

シンチレータを貼り合せた時に大きな気泡ができることが懸念されるが、後記する真空下での貼り合せを行えば気泡は大気開放したときに小さくなるので問題はなくなる。

また、ディスペンサーは、正確な量、塗布形状を実現するにはニードルと塗布基板の間隔が小さいほうが良く、本装置の製造条件では０．３ｍｍ以下に設定している。

透明接着剤６を塗布するのは、シンチレータ５及び光電変換パネル４のいずれでも良いと説明した。しかし、ＣＦＲＰ材質の基台３は反りが４５ｃｍ角サイズで約１ｍｍ程度あるので、光電変換素子部１にニードルが接触して半導体層を破壊してしまう。

以上のことから、本実施形態では、図８（ａ）のように透明接着剤６をディスペンサー２４でシンチレータ５上に塗布する。

今回、塗布パターンはＸ、Ｙ方向にピッチＡ(ｍｍ)でドット状に塗るパターンを用いている。

図８（ｂ）のように、光電変換パネル４を受光面が上側になるように置き、その上にシンチレータ５が塗布面を下側にした状態で、透明接着剤６が光電変換素子の受光面に接触しないような位置に固定する。

この状態を維持したまま、外周雰囲気を大気圧Ｐ_０（１．２×１０^５Ｐａ）からＰ（Ｐａ）まで減圧する。

所定の真空圧に達したら、図８（ｃ）のようにシンチレータ５を光電変換パネル４に近づけて、上下基板を貼り合わせる。その際、ドット状の透明接着剤６の間に気泡２５が発生する。

あらかじめ所定の厚みになるように、透明接着剤６の量を決めて塗布しているが、透明接着剤６が流れやすいように上下基板にプレス圧をかける。シンチレータ５にＣｓＩを用いた場合は、ＣｓＩの強度は比較的弱く、耐圧が１ｋｇ／ｃｍ^２程度しかないため、これよりも低い圧力でプレスしなくてはならない。具体的には、１００Ｐａ以下がよい。

低圧プレスで貼り合わせるため、透明接着剤６は粘度が低いほうが良く、５０Ｐ以下が好ましい。

上下の基板を貼り合せた後、外周雰囲気を大気圧に戻す。図８（ｄ）のように、先ほど発生した気泡は大気圧によって縮小していく。

ちなみに下記の条件で貼り合せをした場合、気泡がどの程度の大きさになるかを見積もった。

接着厚み：ｄ＝５０ (μ)＝０．０５（ｍｍ）
塗布ピッチ：Ａ＝５（ｍｍ）
真空貼り合せ時の圧力：Ｐ＝１００ (Ｐａ)
真空貼り合せ時に発生する気泡の体積Ｖ’は、数１より０．２６８７５ｍｍ^３となる。

数１において、
Ｖ’：接着剤のないエリアの体積、すなわち気圧Ｐ時の気泡
ｄ：シンチレータと光電変換パネルの間隔
ａ：接着剤の塗布ピッチ
である。

この状態で大気圧に開放すると、数２より気泡の体積Ｖは２．２３９６×１０^−４ｍｍ^３に縮小する。

数２において、
Ｖ：大気圧の気泡の体積
Ｐ^０：大気圧
残留した気泡を５０μｍ高さの円柱状の気泡と仮定すると、半径３７．８μの気泡となる。

光電変換素子の画素サイズは１００〜１６０μｍ程度なので、この大きさの気泡であれば１画素欠陥にもならない。

約１５〜１８時間かけて大気圧で放置し、完全に気泡が小さくなりきったら、温度をかけて接着剤を硬化させる。硬化温度は、ＣｓＩの耐熱温度が１００℃であることから９０℃近辺で１時間ほどキュアを行った。

シンチレータ５と光電変換パネル４を接着した後、プリント回路基板にフレキシブル回路基板８を接続し、筐体に取り付けると、放射線撮像装置ができる。

本実施形態では塗布パターンをある一定間隔でＸ，Ｙ方向にドット状に塗布したものを採用している。

仮に、スピンコートのような全面塗布で平坦性のある接着層を作った場合、シンチレータを貼り合せると気泡の発生箇所や大きさが製品毎で異なってしまい、場合によっては大きな気泡が残ってしまう問題が生じる。

図９は、本実施形態において透明接着剤６を塗布する形状の例を示す平面図である。図９（ａ）はドット状に塗布したものを示し、図９（ｂ）は格子状に塗布したものを示す。

図９に示すように、ある程度、気泡の発生箇所と大きさを制御するために、一定間隔でＸ、Ｙ方向にドット状に塗布するか又は格子状に塗布することが好ましい。

（実施形態２）
実施形態１では、接着剤の塗布量をあらかじめ所望の接着厚みになるように見積もっているが、適量に塗布すると下記のように気泡が発生する可能性が出てくる。図１０及び図１１でその現象を説明する。

図１０は、光電変換素子チップの段差がなくかつ接着厚みが１０μｍになるように塗布し真空貼り合せを行った場合の気泡の挙動を示した図である。

図１０（ａ）では、シンチレータ５上に接着剤がある一定間隔をもってドット状に塗布されており、接着剤が塗られていない箇所にチップ隙間２６が位置している。

この塗布位置関係で、真空下で貼り合せをすると、図１０（ｂ）のようにチップ中央ではドットとドットの間に気泡が生じる。

一方、チップ隙間近傍では接着剤がチップ断面２７に沿い、毛細管現象のようにチップ裏側へ接着剤が流れていくため、チップ隙間近傍のシンチレータとチップの間には接着剤がなくなる。

さらに大気圧に開放すると、気泡は小さくなろうとするために気泡周辺の接着剤を取り込もうとする。

図１０（ｃ）のようにチップ中央では、まわりの接着剤を取り込みながら気泡は小さくなっていくが、チップ隙間近傍では必要量の接着剤の一部が裏面側に流れてしまったため、チップ隙間近傍の画素には接着剤がなくなる。

図１１は、光電変換素子チップの段差が５μｍありかつ接着厚みが１０μｍになるように塗布して真空貼り合せを行った際の気泡の挙動を示した図である。

図１１（ａ）では、図１０のように、シンチレータ上に接着剤がある一定間隔をもってドット状に塗布されており、接着剤が塗られていない箇所にチップ隙間が位置している。

また、チップ１ａは１ｂより５μｍ高い位置にある。次に真空貼り合せを行うと、チップ１ｂは１ａより低いため、シンチレータと光電変換素子チップ間のギャップが大きくなる。

そのために、チップ１ｂ上の気泡はチップ１ａのものに比べ大きくなり、また、シンチレータの端２８の部分も図１０でははみ出していたものが、逆に不足してシンチレータ端まで行き渡らない状況となっている。

チップ隙間近傍でも接着剤が不足してチップ端一杯までしか接着剤がない。この状況で大気圧に開放すると気泡を小さくするためにチップ隙間、シンチレータ外周から接着剤を供給しようとするが、その供給部分の接着剤の量が不足しているために、図１０（ｃ）のようにそこから気泡が侵入してしまう。

図１０、図１１に示した例をまとめと、接着剤の厚みを管理するには、その厚みに見合った量を塗布することが最適ではあるが、チップ間段差やチップ隙間により接着剤が不足する事態が生じる。

具体的には、気泡が大きくなったり、チップ隙間近傍やシンチレータ端に接着剤が少ない箇所が生じたりする。

減圧雰囲気から大気圧化に戻した時、気泡は小さくなろうとするために、シンチレータ端やチップ隙間から接着剤を供給しようとするが、供給部の接着剤が少ないため気泡が侵入してしまう。本実施形態ではその対処方法を示す。

本実施形態では、実施形態１よりも気泡の発生を抑制する塗布パターンを提案したものである。

図１２は第２の実施形態としての塗布パターンを示した図である。

本実施形態では、光電変換素子チップ上に塗布されているが、これはチップとの位置関係を判りやすくしたためで、実際はシンチレータ上でその位置に対応する場所に塗られている。

パターン形状は、ある程度、気泡の発生箇所と大きさを制御するために、一定間隔でＸ、Ｙ方向にドット状に塗布するパターンを基本としている。

図１２（ａ）では、チップ中央にあるドット状接着剤２９は所定の厚みになるように適した量で塗布されている。一方、チップ隙間近傍及びチップ端では、ドット状接着剤２８がチップ中央部のものよりも多い量で塗布されている。

図１２（ｂ）では、チップ中央部よりも多い量でチップ外周部を囲うように直線状３０で塗られている。

このような塗布パターンのもので真空貼り合せすると図１３のようになる。図１３はチップ隙間からシンチレータの端までの構造断面図である。

本実施形態では、シンチレータの端２８とチップ隙間２６近傍に接着剤を多く塗布したため、図１０、１１に比べて、シンチレータ端部の接着剤のはみ出しは多くなった。その結果、チップ隙間でも接着剤は隙間を充填するのみならず、基台３にまで到達するようになった。

この状態で大気開放しても気泡の体積相当とする接着剤はチップ隙間及びシンチレータの端から充分供給することが可能となり、気泡の回り込みを回避することができる。

（実施形態３）
実施形態２では、チップ隙間とシンチレータ端に接着剤を多く塗布することで気泡の回り込み問題について対処をはかっている。ただし、多く塗布すると言っても、あまり多すぎるとシンチレータ端、チップ間近傍の接着層が所望の厚みより大きくなってしまうので、やはり適量といったものがある。

しかしながら、適量といっても下記の理由によりその量を決めることは難しい。

シンチレータを貼り合わせる時に発生する気泡の体積、特にチップ間に段差があるときはその近傍の気泡の体積は異なるため、これを考慮して接着剤の塗布量を決めなくてはならない。

チップ隙間に侵入する接着剤は、チップ隙間の大きさによって流れ込み量が変わる。

結局、チップ間段差の最大値とチップ隙間の最大値を前提に塗布量を見積もることになる。

仮に、最小値のチップ間段差と最小値のチップ隙間をもつ光電変換素子基板を張り合わせる場合には、シンチレータの外側か、基台と光電変換素子基板に挟まれた空間に接着剤を移動させなくてはならない。その理由は接着剤が余ってしまうからであり、その手法は貼り合せ時のプレスによって行う。

接着層厚みが薄くなればなるほどプレス圧は大きくなる。

しかし、ＡＣＳやＦＯＳなどＣｓＩを用いたシンチレータの場合、ＣｓＩの柱状結晶を破壊する圧力が１Ｋｇ／ｃｍ^２以上であることから、貼り合せのプレス圧はおのずとそれ以下に制限されてしまう。

低圧でプレスして薄い接着層を得るには、接着剤の流動性を向上させるために粘度が低いものやチキソ性の低い接着剤を選定しなければならない。

以上のように、実施形態２を実現するには、透明接着剤の選定が重要となり、下記のような条件を満たさなくてはならない。したがって、接着剤の種類も限定されてしまう。
熱硬化
光学的に透明
Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属のイオン成分が１０ｐｐｍ以下
極低粘度
低チキソ
第３の実施形態では、パネル構成を工夫することで透明接着剤の選定の自由度を広げることができる。

図１４は放射線撮像装置の第３の実施形態であり、図１４（ａ）は装置の上面図を示し、図１４（ｂ）はＸ方向、Ｙ方向の断面図を示している。

本装置の特徴は外周封止材３１である。封止材は上面図のように９枚貼られた光電変換基板の外周に位置し、かつＸ、Ｙ方向断面図のように基台と光電変換基板間を埋めている。

また、９枚の光電変換基板の外周にあるチップ間にも封止材が充填されている。

図１５は、第３の実施形態で真空貼り合せした状態での気泡の分布を示した図である。

図１５（ａ）は断面位置を示すための上面図であり、図１５（ｂ）は断面図である。

図１６は、図１５の状態で大気開放した時の接着剤の挙動を示した図である。

図１６（ａ）は断面位置を示すための上面図であり、図１６（ｂ）は断面図である。

大気開放すると気泡２５が小さくなるので、その体積分の接着剤をシンチレータ端２８にある接着剤から供給する。

接着剤が移動するルートは、シンチレータと光電変換素子基板との間（（１））と光電変換基板と隣接した光電変換素子基板との間（（２））がある。

また、（２）のルートを介して、シンチレータと光電変換素子基板の間や光電変換素子基板と基台の間に供給される場合もある。

本実施形態のような構造を有すれば、接着剤塗布量の制限に関しては、シンチレータの端の部分を除き、チップ間段差やチップ隙間の広さを考えることなく設計値どおりの厚みになるように相当量の接着剤を塗布すれば良い。

仮に、チップ間段差や隙間の影響を受けて接着剤が不足しても、シンチレータ端に充分な量の接着剤があればそこから供給されるので問題はない。

本実施形態のような構造を用いれば、チップ間に余剰の接着剤を塗布する必要がなくなるため、ＣｓＩのような脆いシンチレータに大きな圧力をかける必要がなくなる。また、接着剤の粘度も比較的高いものを選択肢に入れることも可能となる。

次に、第３の実施形態に挙げた放射線撮像装置の製造方法を示す。概略の工程フローは図２に示したものであるが、基台貼り合せとシンチレータ貼り合せは若干製造方法が異なるのでその工程のみを説明する。

図１７は基台貼り合せ工程を示す図である。図１７（ａ）は装置の上面図を示し、図１７（ｂ）は断面図を示している。

まず、光電変換素子部１を固定するための接着剤２を基台上にある一定間隔を置いてＸ、Ｙ方向にドット状で塗布する。

その後、外周封止材３１を光電変換素子の外周を囲うように塗る。基台上に２種類の材料を塗布したら、アライメントされて二次元に配列された光電変換素子基板を貼り合わせる。

当然、接着剤２は光電変換素子基板を基台に貼り合わせる役割を持つ。

そのほかに、貼り合わせる光電変換素子基板はそれぞれ厚みが異なるので、受光面を平坦化させる（つまりチップ間段差がない）には基板厚みを接着層２で吸収しなくてはならない。

仮に、接着剤２を全面塗布すると、光電変換素子基板を貼り合わせた時、基板厚みを吸収するために接着剤をなじませるのでプレス圧力をかなり大きくしなければならない。

さらに、塗布量によっては、チップ隙間から受光面まで接着剤２が這い上がってしまうこともある。

したがって、全面に塗らずに、ドット状で、チップ隙間にはかからないように基台に塗布している。

接着剤の受光面這い上がりは外周封止剤３１も同様で、仮に這い上がるような塗布条件でしかできない場合は、図１４ではシンチレータ直下まで外周封止材があるが、シンチレータにかからないところに塗布する必要がある。また、外周封止材の材質であるが、接着剤２と同一材料でも良い。

図１８はシンチレータ貼り合せ工程を示す断面図である。

まず、図１８（ａ）に示すように、透明接着剤を点形状でシンチレータ基板上に塗布する。シンチレータ外周部以外は設計値どおりの接着厚みになるように相当量を塗布し、シンチレータ外周はそれよりも多い量を塗る。

次に透明接着剤の塗布を終えたあと、図１８（ｂ）に示すように、真空雰囲気下で光電変換基板と貼り合せる。

充分に接着剤がなじんだら、図１８（ｃ）に示すように、大気圧に開放して気泡を縮小させる。

この時、シンチレータ端の接着剤が不足しそうな場合は、脱泡処理をした接着剤をディスペンサー２４にて追加補充する。

また、シンチレータ端に多くの接着剤が必要な場合、接着剤は基台に向かって流れ出そうとするので、図１８（ｄ）に示すように、シンチレータを囲うように光電変換素子基板上にダム材３２を設けて接着剤の流出を防ぐ。

（実施形態４）
以下、本発明の一実施形態としての放射線撮像装置の製造方法で製造した放射線撮像装置のＸ線診断システムへの応用例について説明する。

図１９は、Ｘ線診断システムへの応用例を示したものである。

Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者又は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、図１９に示したような放射線検出装置（イメージセンサ）６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ（蛍光体層）は発光し、これを光電変換素子が光電変換して、電気的情報を得る。

電気的情報はフレキシブル回路基板８を経て、プリント回路基板でデジタル処理された後に、信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理されディスプレイ画像を得る。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなどの表示手段となるディスプレイ６０８１に表示又は光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。

また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。

放射線撮像装置は、人体などの撮像対象物を透過した放射線を、シンチレータ５にて可視光に変換し、これを光電変換素子にて光電変換し電気的情報を得る。

本発明は、医療用のＸ線センサ等に応用することが可能であるが、非破壊検査等のそれ以外の用途に応用した場合にも有効である。

本発明の第１の実施形態としての放射線撮像装置の製造方法で作製される放射線撮像装置を示した図である。 本発明の一実施形態としての放射線撮像装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態としての放射線撮像装置の製造方法におけるダイシング工程を示す図である。 光電変換素子部１にバンプ７を形成する工程を示す図である。 光電変換素子部１にあるバンプ７とフレキシブル回路基板８とを接続する様子を示した図である。 光電変換素子部１にあるバンプ７とフレキシブル回路基板８とを接続する際に治具で保持する様子を示す断面図である。 光電変換素子部１と基台３との接着工程を示す断面図である。 光電変換パネル４とシンチレータ５とを貼り合わせる工程の説明図である。 本発明の一実施形態としての放射線撮像装置の製造方法において透明接着剤６を塗布する形状の例を示す平面図である。 光電変換素子チップの段差がなくかつ接着厚みが１０μｍになるように塗布し真空貼り合せを行った場合の気泡の挙動を示した図である。 光電変換素子チップの段差が５μｍありかつ接着厚みが１０μｍになるように塗布して真空貼り合せを行った際の気泡の挙動を示した図である。 本発明の第２の実施形態としての放射線撮像装置の製造方法における透明接着剤の塗布のパターンを示した図である。 図１２の場合のチップ隙間からシンチレータの端までの構造断面図である。 本発明の第３の実施形態としての放射線撮像装置を示す図である。 本発明の第３の実施形態で真空貼り合せした状態での気泡の分布を示した図である。 図１５の状態で大気開放した時の接着剤の挙動を示した図である。 本発明の第３の実施形態における基台貼り合せ工程を示す図である。 本発明の第３の実施形態におけるシンチレータ貼り合せ工程を示す図である。 本発明の一実施形態としての放射線撮像装置の製造方法で製造した放射線撮像装置のＸ線診断システムへの応用例を示すブロック図である。 特許文献１に開示された放射線撮像装置の断面図である。 図２０の放射線撮像装置の製造の際の貼り合せの方法を示した断面図である。 図２１に示す貼り合わせの際、接着剤中に気泡を取り込むメカニズムを示す断面図である。 図２１に示す貼り合わせの際、接着剤中に気泡を取り込むメカニズムを示す断面図である。 図２１に示す貼り合わせの際、接着剤中に気泡を取り込むメカニズムを示す断面図である。

符号の説明

１ 光電変換素子部
２ 接着剤
３ 基台
４ 光電変換パネル
５ シンチレータ
６ 透明接着剤
７ バンプ
８ フレキシブル基板
９ 孔
１０ 封止材

Claims (7)

1. 光電変換素子が複数形成される光電変換素子部が基台に接着された光電変換パネルに、放射線を光に変換するシンチレータを透明接着剤で貼り合わせる放射線撮像装置の製造方法において、
   大気圧雰囲気下で、前記シンチレータ又は前記光電変換パネルに前記透明接着剤を塗布する工程と、
   減圧雰囲気下で、前記シンチレータと前記光電変換パネルとを貼り合わせる工程と、
   雰囲気を大気圧雰囲気に戻した上で、前記透明接着剤を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする放射線撮像装置の製造方法。
2. 前記減圧の際の圧力は、１００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置の製造方法。
3. 前記透明接着剤の粘度は、５０Ｐ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線撮像装置の製造方法。
4. 前記透明接着剤は、格子型のライン状又はドット状に塗布されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の放射線撮像装置の製造方法。
5. 前記光電変換素子部の外周部近傍では、前記透明接着剤は多く塗布されることを特徴とする請求項４記載の放射線撮像装置の製造方法。
6. 前記光電変換素子部と前記基台との間には、前記光電変換素子部の外周部に沿って封止材が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の放射線撮像装置の製造方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の放射線撮像装置の製造方法によって製造された放射線撮像装置と、
   前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理手段と、
   前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
   前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
   前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
   前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images