JP4391391B2 - 放射線検出器の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、Ｘ線やγ線等の放射線の入射位置の検出に用いられる放射線検出器の製造方法に関する。
従来から放射線の入射位置を検出するための放射線検出器として、放射線透過窓を設けた気密ケース内に、銅箔からなるカソード電極（陰極）に複数の透孔を穿設し、各透孔の中心に絶縁間隙を挟んでアノード電極（陽極）を配設した構造のピクセルを設けた基板を配設して、内部に希ガスなどを封入した構造のものが知られている。
この放射線検出器は、放射線の入射予定位置に設置されて用いられ、放射線の入射によってその通過経路にある希ガスが電離して近傍のピクセルの電極間に電流が流れたことを検知して、放射線の入射とその入射方向が検出される。
従来、このような放射線検出器の基板は、以下に示す方法で製造されていた（特許文献１参照）。
まず、図６（ａ）に示すように、合成樹脂シート１を貫通して銀ペーストバンプによる層間接続部２が形成された両面銅張り板３の内層となる側の銅箔４ａに、公知のフォトリソグラフィー技術により、所定の配線パターン５を形成し、これにプリプレグ６を介してポリイミドからなる支持体基板７を積層一体化させた基板８を製造する。
まず、図６（ａ）に示すように、合成樹脂シート１を貫通して銀ペーストバンプによる層間接続部２が形成された両面銅張り板３の内層となる側の銅箔４ａに、公知のフォトリソグラフィー技術により、所定の配線パターン５を形成し、これにプリプレグ６を介してポリイミドからなる支持体基板７を積層一体化させた基板８を製造する。
次に、図６（ｂ）に示すように、両面銅張り板３の他方の側の銅箔４ｂのアノード電極形成位置にフォトリソグラフィー技術により、穴９を形成して合成樹脂シート１を露出させる。
アノード電極形成位置に穴９が形成された銅箔４ｂの上方から、図６（ｃ）に示すように、炭酸ガスレーザ１０を照射して合成樹脂シート１に配線パターン５に達する貫通孔１１を形成する。
アノード電極形成位置に穴９が形成された銅箔４ｂの上方から、図６（ｃ）に示すように、炭酸ガスレーザ１０を照射して合成樹脂シート１に配線パターン５に達する貫通孔１１を形成する。
続いて、銅箔４ｂをパターン形成して、図６（ｄ）に示すようなカソード電極１２とリード配線１３を形成する。なお、ここでいうリード配線１３は、アノード電極１５を配線パターン５と層間接続部２を介して、放射線検出器外部へ接続する接続端子である。
次に、図６（e）に示すように、カソード電極１２上にめっきレジスト１４を形成し図６（f）に示すように、電気めっきにより貫通孔１１内に銅を充填してアノード電極１５を形成する。
この後、めっきレジスト１４を除去すると、図６（g）に示すように、アノード電極１５の周りをカソード電極１２が取り囲んだ放射線検出器用の基板が得られる。なお、カソード電極１２も図示を省略した他のリード配線に接続される。
しかしながら、このような従来の製造方法には、次のような問題があった。
すなわち、アノード電極１５を形成する工程で貫通孔１１に充填した銅が基板表面まで達したときにめっき速度が急激に速くなるため、アノード電極１５の先端部分に突起１５ａが形成されて、この突起１５ａとカソード電極１２間に放電が発生するようになる（図７（a））。このような放電が発生すると電極間に大電流が流れ、発生した熱で電極が切断されたり、その放電の際に飛散した破片などが基板表面に露出した絶縁層表面に付着するという問題が生じる。
すなわち、アノード電極１５を形成する工程で貫通孔１１に充填した銅が基板表面まで達したときにめっき速度が急激に速くなるため、アノード電極１５の先端部分に突起１５ａが形成されて、この突起１５ａとカソード電極１２間に放電が発生するようになる（図７（a））。このような放電が発生すると電極間に大電流が流れ、発生した熱で電極が切断されたり、その放電の際に飛散した破片などが基板表面に露出した絶縁層表面に付着するという問題が生じる。
さらに、めっきレジストを形成してから貫通孔１１を銅で充填するため、めっきレジストの厚みの分だけ貫通孔１１の底が深くなり、部分的に銅が貫通孔１１の底まで達し難くなって、アノード電極１５の高さにばらつきが生じる（図７（ｂ））。
このような問題に対して、めっきレジストを形成せずに、直接、電気めっきにより貫通孔１１を銅で充填したが、この方法だと、基板表面まで銅を充填させるため、アノード電極１５とカソード電極１２との間でのショートを引き起こす原因となる（図７（ｃ））。
また、電気めっきによる銅の充填を基板表面までせずに、貫通孔１１の途中までにすることも考えられるが、この方法では、アノード電極１５の先端が基板表面まで達していないため、カソード電極１２に電場がかからないデッドスペースが生じて、放射線入射位置を検出できない（図７（ｄ））。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、形成されるアノード電極の高さがそれぞれ基板表面まで均一に達していて、しかも電極先端に突起の形成のない放射線検出器の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の放射線検出器の製造方法は、第１の導体層と第２の導体層を有する２層基板の前記第１の導体層に所定の配線パターンを形成する工程と、前記２層基板の第２の導体層にアノード電極に対応する開口を形成する工程と、前記２層基板の第２の導体層に高エネルギービームを照射して前記開口の位置に、前記第１の導体層の配線パターンに達する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を金属めっきにより金属で充填し、充填された前記貫通孔及び第２の導体層上に前記金属めっきによりさらに金属めっき層を形成する工程と、前記形成された金属めっき層及び第２の導体層を所定の厚さまで除去する工程と、前記所定の厚さまで除去された前記第２の導体層をパターン形成して前記貫通孔から突出するアノード電極と前記アノード電極を囲むカソード電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
前記開口を形成する工程において、アノード電極に対応する開口とともに層間接続部に対応する開口を形成し、前記貫通孔を形成する工程において、これらの開口位置に第１の導体層の配線パターンに達する貫通孔を形成するようにしてもよい。
また、本発明においては、２層基板の前記第１の導体層に所定の配線パターンを形成した後で、この２層基板を、配線パターンを内側にして支持体基板に貼着して以後の工程を行うようにしてもよい。
第２の導体層に用いる銅箔の粗化面の表面粗さは、Ｒｚ＝２．０μｍ以下であることが望ましい。このような表面粗さの銅箔を使用することにより、アノード電極とカソード電極間の露出した絶縁材表面の凹凸を抑制するため放電が発生し難くなり、電極間により高い電圧を印加することが可能になる。
本発明によれば、形成されるアノード電極の高さがそれぞれ基板表面からほぼ等しくなり、かつ電極先端に突起が形成されないので、高電圧を電極間に印加することが可能となり、電極部の信頼性が向上する。
また、第２の導体層に表面粗さＲｚが２．０μｍ以下の銅箔を使用することにより、さらに絶縁特性を高めることが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明にかかる実施の形態を適用して製造された放射線検出器の基板の構成を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ´断面図である。
図１に示すように、カソード電極２１は、アノード電極２２を中心とした円形の開口部を有するように形成されている。
一方、アノード電極２２は、図２に示すように、ポリイミドからなる支持体基板２３上にポリイミドプリプレグ２４を介して幅３００μｍ、４００μｍのピッチで配置された配線パターン２５と接続し、ポリイミドフィルム２６を貫通するように形成されている。
なお、基板表面にはリード配線２７が設けられており、アノード電極２２は配線パターン２５と層間接続部２８を介して、このリード配線２７に接続される。
放射線検出器には１０ｃｍ×１０ｃｍの検出面積があり、このような放射線検出器の基板におけるカソード電極及びアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極のピッチ：４００μｍ
アノード電極のピッチ：縦方向及び横方向に４００μｍ
アノード電極の個数：およそ６００００個
カソード電極とアノード電極との間隔：７０〜１５０μｍ
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極のピッチ：４００μｍ
アノード電極のピッチ：縦方向及び横方向に４００μｍ
アノード電極の個数：およそ６００００個
カソード電極とアノード電極との間隔：７０〜１５０μｍ
次に、本発明の放射線検出器の動作原理を説明する。
このような基板を希ガス等で封入されたケース内に配置して、アノード電極とカソード電極間に高電圧を印加しておき、放射線が入射した時に、いずれかのアノード電極とカソード電極に電流が流れ、その時に生じる信号を取り込むことで放射線入射位置を検出する。
このような基板を希ガス等で封入されたケース内に配置して、アノード電極とカソード電極間に高電圧を印加しておき、放射線が入射した時に、いずれかのアノード電極とカソード電極に電流が流れ、その時に生じる信号を取り込むことで放射線入射位置を検出する。
次に、図１及び図２に示す放射線検出器を製造する工程について、図３を用いて説明する。
［第１の実施形態］
図３は、本発明の第１の実施形態にかかる製造方法を説明するための図である。
まず、厚さ１００μｍのポリイミドフィルム３１に、厚さ１８μｍの電解銅箔３２ａと、厚さ１８μｍで粗化面の表面粗さＲｚ＝１．９μｍの電解銅箔３２ｂを積層し、銀ペーストバンプによる層間接続部３３を有する積層板３４を用意する。
図３は、本発明の第１の実施形態にかかる製造方法を説明するための図である。
まず、厚さ１００μｍのポリイミドフィルム３１に、厚さ１８μｍの電解銅箔３２ａと、厚さ１８μｍで粗化面の表面粗さＲｚ＝１．９μｍの電解銅箔３２ｂを積層し、銀ペーストバンプによる層間接続部３３を有する積層板３４を用意する。
この積層板の第１の導体層である銅箔３２aに公知のフォトリソグラフィー技術により所定の配線パターン（３２ｐ）を形成する。配線パターン３２ｐを内側にして、この積層板３４をプリプレグ３５を介してポリイミドからなる支持体基板３６に貼着させて基板３７とする（図３（ａ））。
基板３７が形成されたら、第２の導体層である銅箔３２ｂのアノード電極形成位置に公知のフォトリソグラフィー技術により、直径６５μｍの穴３８を形成し（図３（ｂ））、この銅箔３２ｂをマスクにして炭酸ガスレーザ３９を照射して、配線パターン３２ｐに達する貫通孔４０を形成する（図３（ｃ））。
次に、無電解銅めっきにより、貫通孔４０内部と銅箔３２ｂ上に厚さ０．４〜１μｍの銅からなる金属層４１を析出させて（図３（ｄ））、この金属層４１上に電気めっきにより貫通孔４０内部を銅で充填し、銅で充填された貫通孔４０上に１５〜４０μｍの銅からなる導電金属層４２を積層させる（図３（e））。なお、めっき液は、硫酸銅を主成分とするが、銅を析出し易くするために表面活性剤を添加してもよい。
続いて、過酸化水素水と硫酸を主成分とする溶剤で金属層４１と導電金属層４２をエッチングにより除去し、さらに、銅箔３２ｂの厚さが１０〜２５μｍになるまでエッチングを行う（図３（ｆ））。
次に、レジスト４３を図３（g）に示すようなリード配線形成位置、カソード電極形成位置に塗布した後、エッチングによってカソード電極４４、リード配線４５及びアノード電極４６を形成し、図３（h）に示す構成を得る。
第１の実施形態によれば、第２の導体層に粗化面の表面粗さＲｚが２．０μｍ以下の銅箔３２ｂを利用することにより、従来の製造方法では、突起部分で放電が生じるため不可能であった７５０〜１５００Ｖの高電圧を印加することが可能である。
図４（ａ）は、図３（ｈ）のポリイミドフィルム３１の表面Ｓを拡大して示した図である。
図４（a）に示すように、銅箔３２ｂをエッチングにより除去した後のポリイミドフィルム３１の表面Ｓは、銅箔３２ｂの粗化面の凹凸が転写されている。第２の導体層に粗化面の表面粗さＲｚが７．０μｍの銅箔を利用した場合（図４（ｂ））と比較すると、銅箔の表面粗さが小さいため、ポリイミドフィルム３１の表面Ｓに転写される凹凸も小さくなる。
図４（a）に示すように、銅箔３２ｂをエッチングにより除去した後のポリイミドフィルム３１の表面Ｓは、銅箔３２ｂの粗化面の凹凸が転写されている。第２の導体層に粗化面の表面粗さＲｚが７．０μｍの銅箔を利用した場合（図４（ｂ））と比較すると、銅箔の表面粗さが小さいため、ポリイミドフィルム３１の表面Ｓに転写される凹凸も小さくなる。
すなわち、第２の導体層に粗化面の表面粗さＲｚが２．０μｍ以下の銅箔を用いることにより、ポリイミドフィルム３１表面の凹凸を抑えた状態にすることで、電荷がたい積し難くなり、その結果、絶縁性が良好になり、高電圧を印加することが可能になる。
さらには、第１の実施形態によれば、アノード電極の高さにばらつきがなく、電極に突起が発生するのを抑制することができる。
すなわち、粗化面の表面粗さＲｚが２．０μｍ以下の銅箔３２ｂをエッチングにより除去後、凹凸が転写されたポリイミドフィルム３１と近接する電極端部を滑らかな形状に形成することができるため、その結果、高電圧を印加しても放電が発生することを防ぐことができる。
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態にかかる製造方法を説明するための図である。
まず、ポリイミドフィルム５１の両面に厚さ１８μｍの銅箔５２a、５２ｂを積層した厚さ０．８ｍｍの両面銅張板を用意する。
図５は、本発明の第２の実施形態にかかる製造方法を説明するための図である。
まず、ポリイミドフィルム５１の両面に厚さ１８μｍの銅箔５２a、５２ｂを積層した厚さ０．８ｍｍの両面銅張板を用意する。
第１の導体層である両面銅張板の銅箔５２ｂに公知のフォトリソグラフィー技術により所定の配線パターン５２ｐ形成し、他方の銅箔５２aをエッチングにより除去する。
次に、両面銅張板の上下に厚さ１００μｍのポリイミドプリプレグ５３ａ、５３ｂと厚さ１８μｍ、粗化面の表面粗さＲｚが１．９μｍの銅箔５４a、５４ｂを積み重ねて配置し、加熱・加圧による積層プレスを行い、基板５５とする（図５（a））。
この基板５５の銅箔５４aをエッチングにより除去し、第２の導体層である銅箔５４ｂのアノード電極形成位置と層間接続部形成位置に、公知のフォトリソグラフィー技術により直径６５μｍの穴３８を形成した後（図５（ｂ））、穴３８が形成された銅箔５４ｂをマスクにして炭酸ガスレーザ３９を照射し、配線パターン５２ｐに達する貫通孔４０を形成する（図５（ｃ））。
以後の工程は、図５（ｄ）〜図５（ｇ）に示すような第１の実施形態と同様の工程を行い、図５（h）に示す構成を得る。
第２の実施形態によれば、金属めっきによりアノード電極とともに層間接続部を形成するため、低コストで作業効率を高めることが可能である。
上述したような本発明の放射線検出器の製造方法によれば、従来の製造方法では放電が生じるため不可能であった高電圧を印加することが可能である。つまり、形成されるアノード電極の高さがそれぞれ基板表面まで均一に達していて、しかも電極先端に突起形状がないため、アノード電極とカソード電極とに高電圧を印加して電気力線をアノード電極に集中させても放電が発生しない。
また、高電圧を印加できるため、１００００を超える高いガス増幅率を得ることができ、Ｘ線だけでなく、γ線の入射位置も検出することが可能である。
本発明の放射線検出器は、医療診断画像、核廃棄物の監視、産業工程の監視、宇宙天文学を含む幅広い範囲で好適に使用することができる。
１…合成樹脂シート、２…層間接続部、３…両面銅張板、４ａ，４ｂ…銅箔、５…配線パターン、６…プリプレグ、７…支持体基板、８…基板、９…穴、１０…炭酸ガスレーザ、１１…貫通孔、１２…カソード電極、１３…リード配線、１４…めっきレジスト、１５…アノード電極、１５ａ…突起、２１…カソード電極、２２…アノード電極、２３…支持体基板、２４…ポリイミドプリプレグ、２５…配線パターン、２６…ポリイミドフィルム、２７…リード配線、２８…層間接続部、３１…ポリイミドフィルム、３２a，３２ｂ…銅箔、３２ｐ…配線パターン、３３…層間接続部、３４…２層基板、３５…プリプレグ、３６…支持体基板、３７…基板、３８…穴、３９…炭酸ガスレーザ、４０…貫通孔、４１…金属層、４２…導電金属層、４３…レジスト、４４…カソード電極、４５…リード配線、４６…アノード電極、５１…ポリイミドフィルム、５２a，５２ｂ…銅箔、５３a，５３ｂ…ポリイミドプリプレグ、５４a，５４ｂ…銅箔、５５…基板
Claims (4)
- 第１の導体層と第２の導体層を有する２層基板の前記第１の導体層に所定の配線パターンを形成する工程と、
前記２層基板の第２の導体層にアノード電極に対応する開口を形成する工程と、
前記２層基板の第２の導体層に高エネルギービームを照射して前記開口の位置に、前記第１の導体層の配線パターンに達する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔を金属めっきにより金属で充填し、充填された前記貫通孔及び第２の導体層上に前記金属めっきによりさらに金属めっき層を形成する工程と、
前記形成された金属めっき層及び第２の導体層を所定の厚さまで除去する工程と、
前記所定の厚さまで除去された前記第２の導体層をパターン形成して前記貫通孔から突出するアノード電極と前記アノード電極を囲むカソード電極を形成する工程と
を有することを特徴とする放射線検出器の製造方法。 - 前記金属めっき層を形成する工程は、前記２層基板の貫通孔及び第２の導体層上に無電解めっきにより金属層を形成する工程と、前記貫通孔を電気めっきにより導電金属で充填し、充填された前記貫通孔及び第２の導体層上に前記電気めっきによりさらに導電金属層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器の製造方法。
- 前記開口を形成する工程はアノード電極に対応する開口とともに層間接続部に対応する開口を形成する工程であり、前記貫通孔を形成する工程は前記アノード電極に対応する開口及び前記層間接続部に対応する開口の位置に貫通孔を形成する工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器の製造方法。
- 前記第２の導体層は、表面粗さＲzが２．０μｍ以下の銅箔からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線検出器の製造方法。
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