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JP2008268038A - Semiconductor radiation detector and industrial X-ray CT apparatus - Google Patents

Semiconductor radiation detector and industrial X-ray CT apparatus Download PDF

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JP2008268038A
JP2008268038A JP2007112480A JP2007112480A JP2008268038A JP 2008268038 A JP2008268038 A JP 2008268038A JP 2007112480 A JP2007112480 A JP 2007112480A JP 2007112480 A JP2007112480 A JP 2007112480A JP 2008268038 A JP2008268038 A JP 2008268038A
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JP
Japan
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crystal
radiation detector
ray
flexible substrate
semiconductor radiation
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Application number
JP2007112480A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kamimura
博 上村
Atsushi Nukaga
淳 額賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor radiation detector having reduced thickness while holding sufficient assembly strength. <P>SOLUTION: The semiconductor radiation detector includes a flexible substrate, a shielding plate opposing to the flexible substrate, a semiconductor crystal between a pair of the flexible substrate and the shielding plate, and a base plate provided on a side face side of the semiconductor crystal to form the semiconductor radiation detector having reduced thickness while holding sufficient assembly strength. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体放射線検出器及び産業用X線CT装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor radiation detector and an industrial X-ray CT apparatus.

非特許文献1には、放射線の入射方向と略平行な面に電極を形成した半導体結晶を用いた半導体放射線検出器を開示する。この検出器は、Si結晶の相対する2面のうちの1面にバイアス用電極を、他の面に信号取り出し用電極を形成した半導体結晶を有する。そして、半導体結晶は、ヘビイメタル製ベース板の上面に設けられたフレキシブル基板(FPC)に接着され、半導体放射線検出器を構成する。この検出器は、産業用X線CT装置に使用されている。   Non-Patent Document 1 discloses a semiconductor radiation detector using a semiconductor crystal in which an electrode is formed on a surface substantially parallel to the incident direction of radiation. This detector has a semiconductor crystal in which a bias electrode is formed on one of two opposing surfaces of a Si crystal and a signal extraction electrode is formed on the other surface. Then, the semiconductor crystal is bonded to a flexible substrate (FPC) provided on the upper surface of the heavy metal base plate to constitute a semiconductor radiation detector. This detector is used in an industrial X-ray CT apparatus.

また、特許文献1に記載されているように、産業用X線CT装置の性能向上を目的として、Siよりも密度が大きな化合物半導体CdTeを用いて、産業用X線CT装置の検出器を製作することも試みられている。   Also, as described in Patent Document 1, for the purpose of improving the performance of industrial X-ray CT apparatus, a detector for industrial X-ray CT apparatus is manufactured using a compound semiconductor CdTe having a density higher than that of Si. Attempts have also been made.

特開2005−274169号公報JP-A-2005-274169 H.Miyai, et. Al.:“A High Energy X-Ray Computed Tomography Using Silicon Semiconductor Detectors,”1996 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, Vol.2, pp816-820, Anaheim, CA, USA (1996)H.Miyai, et. Al .: “A High Energy X-Ray Computed Tomography Using Silicon Semiconductor Detectors,” 1996 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, Vol.2, pp816-820, Anaheim, CA, USA (1996)

産業用X線CT装置に用いるX線発生装置(加速器)から発生するX線の最大エネルギーは、撮影対象により異なり、12MeVから1MeVと広範囲にわたる。X線のエネルギーが低い場合、ベース板による放射線遮蔽効果は低くても良い。そのため、ベース板を薄くでき、検出器の配列ピッチを狭くできる。そして、X線CT装置の画像分解能を向上できる。しかし、ベース板はセンサホルダに固定する役割も有する。そのため、ベース板を薄くすると、センサホルダへの組み込み時などにベース板がたわむため、半導体結晶に応力がかかり、検出器の性能が劣化する可能性があった。   The maximum energy of X-rays generated from an X-ray generator (accelerator) used in an industrial X-ray CT apparatus varies depending on the object to be imaged and ranges from 12 MeV to 1 MeV. When the X-ray energy is low, the radiation shielding effect by the base plate may be low. Therefore, the base plate can be thinned and the detector array pitch can be narrowed. The image resolution of the X-ray CT apparatus can be improved. However, the base plate also has a role of fixing to the sensor holder. For this reason, if the base plate is made thin, the base plate bends when it is assembled into the sensor holder, etc., so that stress is applied to the semiconductor crystal and the detector performance may be deteriorated.

本発明では、組み立て強度を保持したまま、厚さを薄くした半導体放射線検出器を実現することを目的とする。   An object of the present invention is to realize a semiconductor radiation detector having a reduced thickness while maintaining assembly strength.

本発明は、フレキシブル基板と、該フレキシブル基板に相対する遮蔽板と、一対の前記フレキシブル基板と前記遮蔽板の間に、半導体結晶と、該半導体結晶の側面側に設けられたベース板を備えることを特徴とする。   The present invention includes a flexible substrate, a shielding plate facing the flexible substrate, a semiconductor crystal between a pair of the flexible substrate and the shielding plate, and a base plate provided on a side surface of the semiconductor crystal. And

本発明によれば、組み立て強度を保持したまま、厚さを薄くした半導体放射線検出器を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor radiation detector having a reduced thickness while maintaining assembly strength.

半導体放射線検出器を用いた産業用X線CT装置は、物体の内部形状を観察,計測するために、非常に有用な非破壊検査装置である。このため、最近では自動車会社を中心に、開発品の形状計測や、鋳造品の巣の分布計測などに活用されるようになってきた。大型鋳造品などの断層像を撮影するためには、透過力の高い高エネルギーX線を出射する加速器をX線源に用いたX線CT装置が開発されている。非特許文献1には、電子線形加速器をX線源とし、短冊形のSi結晶を半導体放射線検出器に用いた産業用X線CT装置が示されている。このX線CT装置は、被試験体をX線ファンビームに対して垂直な軸周りに1回転させて断層像を撮影する、いわゆる第3世代方式のCT装置である。   An industrial X-ray CT apparatus using a semiconductor radiation detector is a very useful nondestructive inspection apparatus for observing and measuring the internal shape of an object. For this reason, it has recently been used mainly by automobile companies for measuring the shape of developed products and measuring the distribution of casting nests. In order to take a tomographic image of a large cast product or the like, an X-ray CT apparatus using an accelerator that emits high-energy X-rays with high transmission power as an X-ray source has been developed. Non-Patent Document 1 discloses an industrial X-ray CT apparatus using an electron linear accelerator as an X-ray source and using a strip-shaped Si crystal as a semiconductor radiation detector. This X-ray CT apparatus is a so-called third generation CT apparatus that takes a tomographic image by rotating the device under test once around an axis perpendicular to the X-ray fan beam.

図7は第3世代方式のCT装置である産業用X線CT装置の構成を示す。産業用X線
CT装置13は、X線ファンビーム2を出力する電子線形加速器1(X線源)と、被試験体14を設置するスキャナ3,被試験体14を透過してきたX線を検出する半導体放射線検出器4−1から4−512と、半導体放射線検出器4のS/N比を向上させるために、隣接する検出器への散乱X線の入射を抑えるコリメータ7,半導体放射線検出器4の出力信号を増幅し、デジタル信号に変換する信号処理装置10、および信号処理装置10からのデジタルデータを収集すると共に装置全体を制御する制御装置6,画像の再構成を行う画像再構成装置11,画像再構成により作成された画像やその他の情報を表示する表示装置8,制御装置6からの制御指令により電子線形加速器1,スキャナ3、及び信号処理装置10の動作を制御するコントローラ9を備える。本図の産業用X線CT装置13は、被試験体を回転させて1断面を撮影する第3世代のX線CT装置を示す。スキャナ3は回転機能のほかに、被試験体14の各高さの断面撮影を行うために上下に動作する機能を持つ。
FIG. 7 shows a configuration of an industrial X-ray CT apparatus which is a third generation CT apparatus. The industrial X-ray CT apparatus 13 detects an X-ray transmitted through the DUT 14, the electron linear accelerator 1 (X-ray source) that outputs the X-ray fan beam 2, the scanner 3 for installing the DUT 14. In order to improve the S / N ratio of the semiconductor radiation detectors 4-1 to 4-512 and the semiconductor radiation detector 4, the collimator 7 for suppressing the incidence of scattered X-rays on the adjacent detectors, the semiconductor radiation detector 4, a signal processing device 10 that amplifies the output signal and converts it into a digital signal, a control device 6 that collects digital data from the signal processing device 10 and controls the entire device, and an image reconstruction device that performs image reconstruction 11. Control of the operation of the electronic linear accelerator 1, the scanner 3, and the signal processing device 10 according to a control command from the display device 8 and the control device 6 for displaying an image created by image reconstruction and other information. A controller 9. The industrial X-ray CT apparatus 13 in this figure is a third-generation X-ray CT apparatus that rotates a test object and images one cross section. In addition to the rotation function, the scanner 3 has a function of moving up and down in order to perform cross-sectional imaging of each height of the DUT 14.

電子線形加速器1は、制御用ケーブル16によりコントローラ9に接続され、該コントローラ9によりX線ファンビーム2の発生・停止が制御される。スキャナ3も同様に制御ケーブル15で該コントローラ9に接続され、スキャナの回転・上下位置の調整が行われる。   The electronic linear accelerator 1 is connected to a controller 9 by a control cable 16, and generation / stop of the X-ray fan beam 2 is controlled by the controller 9. Similarly, the scanner 3 is connected to the controller 9 via a control cable 15 to adjust the rotation and vertical position of the scanner.

半導体放射線検出器4は、後述のSi結晶やCdTe結晶が使われ、ファンビーム2の発生点を見込むように一列に配置される。半導体放射線検出器4はセンサホルダ5に固定されている。コリメータ7の細い穴は、ファンビーム2の発生点と半導体放射線検出器4との直線上に位置する。そして、各検出器は、コリメータ7の穴を通って入射するX線を検出する。   The semiconductor radiation detector 4 uses a Si crystal or CdTe crystal, which will be described later, and is arranged in a row so as to anticipate the generation point of the fan beam 2. The semiconductor radiation detector 4 is fixed to the sensor holder 5. The narrow hole of the collimator 7 is located on a straight line between the generation point of the fan beam 2 and the semiconductor radiation detector 4. Each detector detects X-rays incident through the hole of the collimator 7.

図7では512個の検出器が設置されており、検出器数が多いほど撮影解像度が向上する。スキャナ3の回転と同期して一定角度ごとに、電子線形加速器1が被試験体14にX線パルスを出射する。X線検出器4は、被試験体14を透過してきたX線を検出する。半導体放射線検出器4から出力されたX線量に対応する信号は、信号処理装置10で増幅され、デジタル信号に変換される。その後、信号ケーブル17を介して制御装置6を経由して、画像再構成装置7に送られ、CT画像の再構成に用いられる。   In FIG. 7, 512 detectors are installed, and the imaging resolution improves as the number of detectors increases. In synchronization with the rotation of the scanner 3, the electron linear accelerator 1 emits an X-ray pulse to the device under test 14 at a constant angle. The X-ray detector 4 detects X-rays transmitted through the device under test 14. A signal corresponding to the X-ray dose output from the semiconductor radiation detector 4 is amplified by the signal processing device 10 and converted into a digital signal. Thereafter, the signal is sent to the image reconstruction device 7 via the control device 6 via the signal cable 17 and used for the reconstruction of the CT image.

ここで、比較例として、半導体放射線検出器の構造を説明する。   Here, as a comparative example, the structure of a semiconductor radiation detector will be described.

シリコン(Si)結晶を用いた半導体放射線検出器では、1から10MeVの高エネルギーX線において、20%程度の検出効率が得られる。なお、検出器サイズやX線エネルギーにより検出効率が異なる。現在、シリコン結晶を用いた半導体放射線検出器が高エネルギーCT装置に使用されている。   In a semiconductor radiation detector using a silicon (Si) crystal, a detection efficiency of about 20% can be obtained with high energy X-rays of 1 to 10 MeV. The detection efficiency differs depending on the detector size and X-ray energy. Currently, semiconductor radiation detectors using silicon crystals are used in high energy CT devices.

図6は、半導体放射線検出器4の構造を示し、比較例の構造を示す立面図(図6の上側に示す図)と平面図(図6の下側に示す図)である。X線は本図に示すように、本図左方からSi結晶50に入射する。なお、図6の立面図において、Si結晶50にX線が入射する面を、半導体放射線検出器の前側とする。また、ベース板54に対して、フレキシブル基板53を接着した面(Si結晶50が見える面)を、半導体放射線検出器の上側と定義する。   FIG. 6 shows an elevational view (shown on the upper side of FIG. 6) and a plan view (shown on the lower side of FIG. 6) showing the structure of the semiconductor radiation detector 4 and the structure of a comparative example. As shown in the figure, X-rays enter the Si crystal 50 from the left side of the figure. In the elevation view of FIG. 6, the surface on which the X-rays enter the Si crystal 50 is the front side of the semiconductor radiation detector. In addition, the surface where the flexible substrate 53 is bonded to the base plate 54 (the surface where the Si crystal 50 can be seen) is defined as the upper side of the semiconductor radiation detector.

Si結晶50はフレキシブル基板53に接着されており、Si結晶の大きさは縦3mm×横40mm×高さ0.4mmである。   The Si crystal 50 is bonded to the flexible substrate 53, and the size of the Si crystal is 3 mm long × 40 mm wide × 0.4 mm high.

ベース板54はタングステン合金製で、半導体放射線検出器をセンサホルダに固定すると同時に、隣接する半導体放射線検出器から入射して散乱するX線や反挑電子を遮蔽して、クロストーク電流の発生を防止する役割を担う。このため、ベース板54には、密度の大きい金属材料を使用する必要がある。   The base plate 54 is made of a tungsten alloy, and fixes the semiconductor radiation detector to the sensor holder, and at the same time, shields X-rays and counter-electrons that enter and scatter from the adjacent semiconductor radiation detector to generate a crosstalk current. Play a role to prevent. For this reason, it is necessary to use a metal material having a high density for the base plate 54.

短冊状の半導体放射線検出器の厚さは、ベース板,フレキシブル基板,Si結晶、及びそれらを接着する接着剤の厚さで決定される。そのため、半導体放射線検出器の厚さは、ベース板54の厚さ(0.5mm)+フレキシブル基板53の厚さ(0.1mm)+Si結晶
50の厚さ(0.4mm)となり、接着剤の厚さを含めると、1.2mmとなる。また、半導体放射線検出器の配列ピッチは約1.3mmとなっている。
The thickness of the strip-shaped semiconductor radiation detector is determined by the thickness of the base plate, the flexible substrate, the Si crystal, and the adhesive that bonds them. Therefore, the thickness of the semiconductor radiation detector becomes the thickness of the base plate 54 (0.5 mm) + the thickness of the flexible substrate 53 (0.1 mm) + the thickness of the Si crystal 50 (0.4 mm). Including the thickness, it becomes 1.2 mm. The arrangement pitch of the semiconductor radiation detectors is about 1.3 mm.

Si結晶50の上下面には、電極51と電極52が蒸着されて、シリコン半導体センサを構成している。フレキシブル基板53側の電極52とプリント配線端子57は、導電性接着剤により接着部58で接続される。上方の電極51は、Si結晶50の内部周辺で下方の電極61と導通しており、電極61が接着部59でプリント配線端子56に接続される。Si結晶50の側面は、ダイシングによりSiウェハから切り出されたダイシング面となっている。ダイシング面は電極面と比較すると、微視的な凹凸が多いため、湿気等の外気に不安定なことが予想される。そこで、シリコン樹脂保護膜64を塗布し、外気を遮断する構造になっている。   Electrodes 51 and 52 are deposited on the upper and lower surfaces of the Si crystal 50 to form a silicon semiconductor sensor. The electrode 52 on the flexible substrate 53 side and the printed wiring terminal 57 are connected to each other at the bonding portion 58 with a conductive adhesive. The upper electrode 51 is electrically connected to the lower electrode 61 around the inside of the Si crystal 50, and the electrode 61 is connected to the printed wiring terminal 56 at the bonding portion 59. The side surface of the Si crystal 50 is a dicing surface cut out from the Si wafer by dicing. Compared with the electrode surface, the dicing surface has a lot of microscopic irregularities, so it is expected that the dicing surface is unstable to outside air such as moisture. In view of this, a silicon resin protective film 64 is applied to block outside air.

本図左には、A−A′面での断面構造を示す。本検出器のSi結晶は、n型半導体で電極52近傍63がp型にドープされたpnダイオード構造となっている。同時に、Si結晶の周辺部62はn+ にドープされている。そのため、前述のように電極51と電極61は導通でき、本検出器ではフレキシブル基板53側から2つの電極の配線を引き出すことができる。Si結晶50のダイシング面は、周辺部62により表面の電極51と導電位に保持されている。電極51と52の間には、通常30から50V程度のバイアス電圧をかける。 The left side of the figure shows a cross-sectional structure along the plane AA ′. The Si crystal of this detector has a pn diode structure in which the vicinity of the electrode 52 is doped p-type with an n-type semiconductor. At the same time, the peripheral portion 62 of the Si crystal is doped n + . Therefore, as described above, the electrode 51 and the electrode 61 can be conducted, and in this detector, the wiring of the two electrodes can be drawn from the flexible substrate 53 side. The dicing surface of the Si crystal 50 is held at the conductive position with the surface electrode 51 by the peripheral portion 62. A bias voltage of about 30 to 50 V is usually applied between the electrodes 51 and 52.

図8は、半導体放射線検出器4をセンサホルダ5に設置する際の構造を示す。本図ではセンサホルダ5と、半導体放射線検出器4−1,4−2,4−3の位置関係を示している。各検出器は、センサホルダ5の上下に設けられたスリットに、検出器のベース板54を差込んで固定する。そして、コリメータ7の穴12と、Si結晶50の前方側の側面(即ち、縦3mm×高さ0.4mm の面積)を一致させるように、検出器を設置する。本図では、半導体放射線検出器4−1のSi結晶が、センサホルダ5の前側にあるコリメータ7の穴12−1に一致するように設置されている。半導体放射線検出器4−2,4−3のSi結晶も、それぞれ穴12−2,12−3に一致するように設置される。検出器を設置することのできる最小ピッチは、検出器の厚さで制限される。   FIG. 8 shows a structure when the semiconductor radiation detector 4 is installed in the sensor holder 5. This figure shows the positional relationship between the sensor holder 5 and the semiconductor radiation detectors 4-1, 4-2, 4-3. Each detector inserts and fixes a base plate 54 of the detector into a slit provided above and below the sensor holder 5. Then, a detector is installed so that the hole 12 of the collimator 7 and the front side surface of the Si crystal 50 (that is, an area of 3 mm in length × 0.4 mm in height) coincide. In this figure, the Si crystal of the semiconductor radiation detector 4-1 is installed so as to coincide with the hole 12-1 of the collimator 7 on the front side of the sensor holder 5. The Si crystals of the semiconductor radiation detectors 4-2 and 4-3 are also installed so as to coincide with the holes 12-2 and 12-3, respectively. The minimum pitch at which detectors can be installed is limited by the thickness of the detector.

産業用X線CT装置のX線発生装置(電子線形加速器)から発生するX線の最大エネルギーは、撮影対象により異なり12MeVから1MeVと広範囲にわたる。X線のエネルギーが低い場合には、ベース板による放射線遮蔽効果は小さくてすむ。そのため、ベース板を薄くでき、検出器の配列ピッチを狭くでき、その結果、CT装置の画像分解能を向上できる。しかし、ベース板はセンサホルダへの固定機能を兼ねている。そのため、ベース板を薄くするとセンサホルダへの組み込み時などにたわむため、半導体結晶に応力がかかって検出器の性能が劣化する可能性がある。このため、組立強度を保持するには、ベース板の厚さを0.5mmとする必要があった。   The maximum energy of X-rays generated from an X-ray generator (electronic linear accelerator) of an industrial X-ray CT apparatus varies depending on the object to be imaged and ranges from 12 MeV to 1 MeV. When the X-ray energy is low, the radiation shielding effect by the base plate is small. Therefore, the base plate can be thinned, the detector array pitch can be narrowed, and as a result, the image resolution of the CT apparatus can be improved. However, the base plate also has a function of fixing to the sensor holder. For this reason, if the base plate is made thin, it will bend when it is assembled into the sensor holder, etc., so that the semiconductor crystal may be stressed and the detector performance may deteriorate. For this reason, in order to maintain the assembly strength, it is necessary to set the thickness of the base plate to 0.5 mm.

また、Si結晶50の厚さは、強度の観点から0.4 ミリより薄くすることは困難である。このため、図6の構造では、検出器の厚さを1.2mm 以下にすることは困難であった。   Further, it is difficult to make the thickness of the Si crystal 50 thinner than 0.4 mm from the viewpoint of strength. For this reason, in the structure of FIG. 6, it was difficult to make the thickness of the detector 1.2 mm or less.

一方、産業用に良く用いられる1MeVのCT装置では、隣接する検出器にX線が入射し、内部でコンプトン散乱した場合の反跳電子の最大エネルギーは約1MeVである。ヘビイメタルでの1MeVの電子飛程は0.3mm 程度である。したがって、放射線を遮蔽するために必要な遮蔽板の厚さは、0.3ミリ 程度あればよい。また隣接検出器へのクロストークが少し増加することを許せば、0.1から0.2mmも許容できる。そのため、ベース板を薄くすれば、検出器の配列ピッチを小さくでき、X線CT画像の高分解能化を実現できる。   On the other hand, in a 1 MeV CT apparatus often used for industrial use, the maximum energy of recoil electrons is about 1 MeV when X-rays enter an adjacent detector and are Compton scattered inside. The electron range of 1 MeV in heavy metal is about 0.3 mm. Therefore, the thickness of the shielding plate necessary for shielding radiation should be about 0.3 mm. If crosstalk to adjacent detectors is allowed to increase slightly, 0.1 to 0.2 mm can be allowed. Therefore, if the base plate is made thinner, the arrangement pitch of the detectors can be reduced, and high resolution of the X-ray CT image can be realized.

そこで、本発明は、ベース板の厚さをセンサホルダへの組み立て強度を保持しうる厚さとして、放射線を遮蔽する遮蔽板を、ベース板と別に設けている。   Therefore, according to the present invention, a shielding plate that shields radiation is provided separately from the base plate, with the thickness of the base plate being a thickness that can maintain the assembly strength of the sensor holder.

図1は、本発明に係る半導体放射線検出器の構造図を示す。本実施例では、Si結晶及びSi結晶を接着するフレキシブル基板を確実に保持するとともに、Si結晶を収納するベース板を設けている。また、隣接する放射線検出器から流入する放射線を遮蔽するために、別に遮蔽板を設けている。   FIG. 1 shows a structural diagram of a semiconductor radiation detector according to the present invention. In this embodiment, the Si substrate and the flexible substrate to which the Si crystal is bonded are securely held, and a base plate for storing the Si crystal is provided. Moreover, in order to shield the radiation which flows in from the adjacent radiation detector, the shielding board is provided separately.

Si結晶20は、比較例と同様にフレキシブル基板21に接着されている。Si結晶の両面には比較例と同様の電極を有するが、本図ではその表示を省略してある。フレキシブル基板21には配線パターン25と27が配線され、その端には検出器のバイアス電圧供給と信号電流取り出しのために、外部への接続端子26と28を備える。なお、フレキシブル基板の厚さは0.1mmである。   The Si crystal 20 is bonded to the flexible substrate 21 as in the comparative example. Although electrodes similar to those in the comparative example are provided on both sides of the Si crystal, the display thereof is omitted in this figure. Wiring patterns 25 and 27 are wired on the flexible substrate 21, and external connection terminals 26 and 28 are provided at ends of the flexible substrate 21 for supplying a bias voltage to the detector and extracting a signal current. The thickness of the flexible substrate is 0.1 mm.

フレキシブル基板21は、図2に示す形状のベース板22に貼り付けられている。比較例との違いは、ベース板の上側にフレキシブル基板を貼り付ける(即ち、ベース板の上側にSi結晶を載せる)のではなく、ベース板22の切れ込み部分(凹部)にSi結晶20を格納するように、ベース板22の下側にフレキシブル基板21を取り付けることである。ベース板22は、コの字状に製作されている。ベース板22の厚さは、比較例と同じ
0.5mm である。フレキシブル基板21とベース板22の接着面は、Si結晶20とフレキシブル基板21の接着面と同一になる。このため、フレキシブル基板21上の配線パターン25と27は、ベース板22と絶縁されるように構成されている。また、Si結晶
20の周囲には、比較例と同様に、シリコン樹脂24を塗布することにより保護されている。
The flexible substrate 21 is affixed to a base plate 22 having the shape shown in FIG. The difference from the comparative example is that the Si substrate 20 is stored in the cut portion (concave portion) of the base plate 22 instead of attaching the flexible substrate to the upper side of the base plate (that is, placing the Si crystal on the upper side of the base plate). As described above, the flexible substrate 21 is attached to the lower side of the base plate 22. The base plate 22 is manufactured in a U-shape. The thickness of the base plate 22 is 0.5 mm as in the comparative example. The bonding surface between the flexible substrate 21 and the base plate 22 is the same as the bonding surface between the Si crystal 20 and the flexible substrate 21. For this reason, the wiring patterns 25 and 27 on the flexible substrate 21 are configured to be insulated from the base plate 22. The periphery of the Si crystal 20 is protected by applying a silicon resin 24 as in the comparative example.

図1の左側には、X線入射方向から半導体放射線検出器404を見た図が記載されている。半導体結晶は、フレキシブル基板と遮蔽板の間に挟まれるように配置されているとともに、半導体結晶の側面側にベース板が配置されている。   On the left side of FIG. 1, a view of the semiconductor radiation detector 404 viewed from the X-ray incident direction is described. The semiconductor crystal is disposed so as to be sandwiched between the flexible substrate and the shielding plate, and a base plate is disposed on the side surface side of the semiconductor crystal.

放射線の遮蔽板23はヘビイメタル製であり、フレキシブル基板21に相対する位置に設けられている。ベース板22の厚さが0.5mm、Si結晶の厚さが0.4mmのため、遮蔽板23とSi結晶20が接触する恐れはない。ベース板はさらに薄くしても良いが、Si結晶の厚みよりは厚くする必要がある。   The radiation shielding plate 23 is made of heavy metal and is provided at a position facing the flexible substrate 21. Since the base plate 22 has a thickness of 0.5 mm and the Si crystal has a thickness of 0.4 mm, there is no possibility that the shielding plate 23 and the Si crystal 20 come into contact with each other. The base plate may be made thinner, but it needs to be thicker than the Si crystal.

図1において、放射線を遮蔽する役割は遮蔽板23が担う。そのため、ベース板22は高価なヘビイメタル製を使用する必要は無く、形状を精度良く製作でき、強度のある材料(例えば、ステンレス,黄銅などの金属や、エンジニアリングプラスチック,セラミックなど)を使用できる。本実施例ではステンレススチールを使用している。   In FIG. 1, the shielding plate 23 plays a role of shielding radiation. Therefore, the base plate 22 does not need to be made of expensive heavy metal, can be manufactured with high accuracy, and can use a strong material (for example, a metal such as stainless steel or brass, an engineering plastic, or a ceramic). In this embodiment, stainless steel is used.

遮蔽板23の厚さは、X線のエネルギーや必要とする分解能に応じて自由に変更できる。半導体放射線検出器の機械的強度は、ベース板22により確保されるからである。本実施例では、遮蔽板23の厚さは、0.2mm とした。したがって、半導体放射線検出器の厚さは、フレキシブル基板21の厚さ(0.1mm)+ベース板22の厚さ(0.5mm)+遮蔽板23の厚さ(0.2mm)となり、実施例では0.8mmとなる。   The thickness of the shielding plate 23 can be freely changed according to the X-ray energy and the required resolution. This is because the mechanical strength of the semiconductor radiation detector is secured by the base plate 22. In this embodiment, the thickness of the shielding plate 23 is set to 0.2 mm. Therefore, the thickness of the semiconductor radiation detector is the thickness of the flexible substrate 21 (0.1 mm) + the thickness of the base plate 22 (0.5 mm) + the thickness of the shielding plate 23 (0.2 mm). Then, it becomes 0.8mm.

このように、Si結晶20は、一対のフレキシブル基板21と遮蔽板23の間に設けられると共に、ベース板22がSi結晶20の側面側に位置するように、ベース板22の切れ込み部にSi結晶20を収納する。そのため、Si結晶の厚み分だけ、半導体放射線検出器の厚さを薄く出来る。また、ベース板が半導体結晶とフレキシブル基板を保持するとともに、半導体放射線検出器の強度を確保する。そして、遮蔽板をベース板に貼り付ける構造としたので、遮蔽板の厚さを自由に変更でき、半導体放射線検出器を薄くできる効果がある。   As described above, the Si crystal 20 is provided between the pair of flexible substrates 21 and the shielding plate 23, and the Si crystal is formed in the cut portion of the base plate 22 so that the base plate 22 is located on the side surface side of the Si crystal 20. 20 is stored. Therefore, the thickness of the semiconductor radiation detector can be reduced by the thickness of the Si crystal. The base plate holds the semiconductor crystal and the flexible substrate, and ensures the strength of the semiconductor radiation detector. And since it was set as the structure which sticks a shielding board to a base board, the thickness of a shielding board can be changed freely and there exists an effect which can make a semiconductor radiation detector thin.

図3は本実施例に係る半導体放射線検出器を使用した産業用X線CT装置の一例の構成を示す図である。図7と比較すると、本実施例に示す半導体放射線検出器404を使用する点が異なる。半導体放射線検出器404以外の構成は、図7と同様である。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an example of an industrial X-ray CT apparatus using the semiconductor radiation detector according to the present embodiment. Compared with FIG. 7, the semiconductor radiation detector 404 shown in the present embodiment is used. The configuration other than the semiconductor radiation detector 404 is the same as that shown in FIG.

図4は、半導体放射線検出器404をセンサホルダ5に設置した構造を示す。本図ではセンサホルダ5と、半導体放射線検出器404−1,404−2,404−3との位置関係を示している。なお、図4では、複数個の検出器のうち、3個を代表して示す。   FIG. 4 shows a structure in which the semiconductor radiation detector 404 is installed in the sensor holder 5. This figure shows the positional relationship between the sensor holder 5 and the semiconductor radiation detectors 404-1, 404-2, 404-3. In FIG. 4, three of the plurality of detectors are representatively shown.

各検出器は、センサホルダ5の上下に設けられたスリットに、ベース板22を差込み、固定する。そして、コリメータの穴420とSi結晶の前方側面を一致させて、検出器を設置する。本図では、半導体放射線検出器404−1のSi結晶20が、センサホルダの前側にあるコリメータ7の穴420−1に一致するように設置されている。その他の半導体放射線検出器404−2,404−3も、それぞれ穴420−2,420−3に一致するように設置される。   Each detector inserts and fixes the base plate 22 in the slits provided above and below the sensor holder 5. Then, the detector is installed with the collimator hole 420 aligned with the front side surface of the Si crystal. In this figure, the Si crystal 20 of the semiconductor radiation detector 404-1 is installed so as to coincide with the hole 420-1 of the collimator 7 on the front side of the sensor holder. The other semiconductor radiation detectors 404-2 and 404-3 are also installed so as to coincide with the holes 420-2 and 420-3, respectively.

検出器を設置できる最小ピッチは、検出器の厚さで制限される。しかし、本実施例では、遮蔽板23の厚さを検出器本体(ベース板の厚さとフレキシブル基板の厚さを合わせた厚み)寸法を変更することなく、自由に変更できる。このため、CT装置の仕様に応じて、柔軟に検出器の厚さ,ピッチを変更することができる。特に、隣接する検出器間のピッチを狭めた高分解能の産業用X線CT装置を実現することができる。   The minimum pitch at which detectors can be installed is limited by the thickness of the detector. However, in the present embodiment, the thickness of the shielding plate 23 can be freely changed without changing the dimensions of the detector body (the thickness of the base plate and the flexible substrate combined). For this reason, the thickness and pitch of the detector can be flexibly changed according to the specifications of the CT apparatus. In particular, a high-resolution industrial X-ray CT apparatus in which the pitch between adjacent detectors is narrowed can be realized.

なお、断層像の密度分解能を更に向上するためには、検出器自体の検出効率(感度)が高い方が望ましい。そのため、密度がシリコンの2倍以上大きいCdTeであれば、検出効率も約2倍向上できると考えられる。   In order to further improve the density resolution of the tomographic image, it is desirable that the detection efficiency (sensitivity) of the detector itself is high. Therefore, if CdTe has a density twice or more that of silicon, it is considered that the detection efficiency can be improved about twice.

CdTe結晶に設けられる電極は、CdTe結晶の上下に2つの電極が蒸着されている。Si結晶と異なり、結晶内部にプロセスによる配線ができないためである。そのため、CdTe結晶では、上下の電極から信号線をボンディングで直接引き出す必要がある。そのほかの構造は、Siを用いた半導体放射線検出器と同様である。   As the electrodes provided in the CdTe crystal, two electrodes are deposited on the upper and lower sides of the CdTe crystal. This is because, unlike a Si crystal, wiring by a process cannot be performed inside the crystal. Therefore, in the CdTe crystal, it is necessary to directly draw out signal lines from upper and lower electrodes by bonding. Other structures are the same as those of the semiconductor radiation detector using Si.

図5は、他の実施例に係る半導体放射線検出器404の構造図を示す。本実施例では、フレキシブル基板21を、図1のフレキシブル基板に比べて約2倍の長さとしている。そして、ベース板22の下部(図5における下方向)に接着した後、残りの部分を折り曲げて、ベース板22の上部に貼り付ける構造としている。この構造により、Si結晶20の上下を挟む2つのフレキシブル基板は、1枚のフレキシブル基板によって構成されている。なお、フレキシブル基板21を同じ長さの2枚に分割して、ベース板22の上下に設置しても良い。   FIG. 5 shows a structural diagram of a semiconductor radiation detector 404 according to another embodiment. In this embodiment, the flexible substrate 21 is about twice as long as the flexible substrate of FIG. Then, after bonding to the lower portion of the base plate 22 (downward in FIG. 5), the remaining portion is bent and attached to the upper portion of the base plate 22. With this structure, the two flexible substrates sandwiching the upper and lower sides of the Si crystal 20 are constituted by a single flexible substrate. The flexible substrate 21 may be divided into two pieces having the same length and installed on the upper and lower sides of the base plate 22.

Si結晶20はベース板22とフレキシブル基板21に囲まれ、外気とは遮断される。ベース板22は、実施例1と同様にステンレススチールを用いている。したがって、実施例1においてSi結晶の周囲に塗布していたシリコン樹脂は、不要になる。遮蔽板23は、ベース板22の下方に接着される。もちろん、実施例1と同様に、遮蔽板23をベース板の上方に設置してもよい。   The Si crystal 20 is surrounded by the base plate 22 and the flexible substrate 21 and is blocked from the outside air. The base plate 22 is made of stainless steel as in the first embodiment. Therefore, the silicon resin applied around the Si crystal in Example 1 becomes unnecessary. The shielding plate 23 is bonded below the base plate 22. Of course, as in the first embodiment, the shielding plate 23 may be installed above the base plate.

また、遮蔽板23の厚さを半分とし、Si結晶20の上方側,下方側、各々に分割して設置することもできる。両側に設置すれば、半導体放射線検出器の外周側が、遮蔽板とベース板で囲まれることになる。そのため、X線が入射するSi結晶の前方側を除いて、金属で蓋うことができ、検出器の取り扱いが容易になる。   Moreover, the thickness of the shielding plate 23 can be halved, and the shield plate 23 can be divided and installed on the upper side and the lower side of the Si crystal 20. If installed on both sides, the outer peripheral side of the semiconductor radiation detector is surrounded by the shielding plate and the base plate. Therefore, it can be covered with metal except for the front side of the Si crystal on which X-rays enter, and the detector can be handled easily.

本実施例によれば、実施例1と同様に、ベース板が半導体結晶とフレキシブル基板を保持するとともに、検出器の組立強度を確保する。また、遮蔽板をフレキシブル基板に貼り付ける構造としたので、遮蔽板の厚さを自由に変更でき、検出器を薄くできる効果がある。   According to the present embodiment, as in the first embodiment, the base plate holds the semiconductor crystal and the flexible substrate, and ensures the assembly strength of the detector. Further, since the shielding plate is attached to the flexible substrate, the thickness of the shielding plate can be freely changed, and the detector can be thinned.

実施例2の構成は、CdTe結晶でも同様に使用することができる。また、本実施例の半導体放射線検出器は、実施例1の検出器と同様に、産業用高エネルギーX線CT装置に適用できる。   The configuration of Example 2 can be similarly used for CdTe crystals. Further, the semiconductor radiation detector of the present embodiment can be applied to an industrial high energy X-ray CT apparatus, similarly to the detector of the first embodiment.

さらに、NaIなどの、X線入射により蛍光を発するシンチレータを短冊状にし、後方または側面に蛍光を受光するフォトダイオードを接着したX線検出器でも、適用可能である。シンチレータとフォトダイオードをフレキシブル基板に設置すれば、実施例1,2と同様の構造を適用できる。   Furthermore, the present invention can also be applied to an X-ray detector such as NaI which has a scintillator that emits fluorescence when incident on X-rays, and has a photodiode that receives fluorescence on the back or side. If the scintillator and the photodiode are installed on the flexible substrate, the same structure as in the first and second embodiments can be applied.

本発明は産業用X線CT装置のX線検出部に利用でき、鋳造製品などの鋳巣検査や3次元形状データ取得,密度分布測定などに活用できる。   The present invention can be used for an X-ray detection unit of an industrial X-ray CT apparatus, and can be used for inspection of a cast hole of a cast product, three-dimensional shape data acquisition, density distribution measurement, and the like.

本発明の一実施例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of one Example of this invention. 本発明の一実施例のベース板の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the base board of one Example of this invention. 本発明の一実施例を使用した産業用X線CT装置の構成図である。It is a block diagram of the industrial X-ray CT apparatus using one Example of this invention. 産業用X線CT装置のセンサホルダに、本発明の半導体検出器を設置したときの図である。It is a figure when the semiconductor detector of this invention is installed in the sensor holder of an industrial X-ray CT apparatus. 本発明の実施例2の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Example 2 of this invention. 比較例に係る半導体放射線検出器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor radiation detector which concerns on a comparative example. 第3世代方式のCT装置の構造を有する産業用X線CT装置の構成図である。It is a block diagram of the industrial X-ray CT apparatus which has the structure of CT apparatus of a 3rd generation system. 産業用X線CT装置のセンサホルダに、比較例に係る半導体放射線検出器を設置したときの図である。It is a figure when the semiconductor radiation detector which concerns on a comparative example is installed in the sensor holder of an industrial X-ray CT apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

20 Si結晶
21 フレキシブル基板
22 ベース板
23 遮蔽板
24 シリコン樹脂
25,27 配線パターン
26,28 接続端子
20 Si crystal 21 Flexible substrate 22 Base plate 23 Shield plate 24 Silicon resin 25, 27 Wiring pattern 26, 28 Connection terminal

Claims (5)

産業用X線CT装置に用いる半導体放射線検出器であって、
フレキシブル基板と、該フレキシブル基板に相対する遮蔽板と、一対の前記フレキシブル基板と前記遮蔽板の間に、半導体結晶と、該半導体結晶の側面側に設けられたベース板を備えることを特徴とする半導体放射線検出器。
A semiconductor radiation detector for use in an industrial X-ray CT apparatus,
A semiconductor radiation comprising: a flexible substrate; a shielding plate facing the flexible substrate; a semiconductor crystal between the pair of the flexible substrate and the shielding plate; and a base plate provided on a side surface of the semiconductor crystal. Detector.
産業用X線CT装置に用いる半導体放射線検出器であって、
第1のフレキシブル基板と、該第1のフレキシブル基板に相対する第2のフレキシブル基板と、一対の前記フレキシブル基板の間に、半導体結晶と、該半導体結晶の側面側に設けられたベース板を備えることを特徴とする半導体放射線検出器。
A semiconductor radiation detector for use in an industrial X-ray CT apparatus,
A first flexible substrate, a second flexible substrate facing the first flexible substrate, and a semiconductor crystal between the pair of flexible substrates, and a base plate provided on a side surface of the semiconductor crystal are provided. A semiconductor radiation detector.
請求項2記載の半導体放射線検出器であって、
前記第1のフレキシブル基板と前記第2のフレキシブル基板が、1枚のフレキシブル基板によって構成されていることを特徴とする半導体放射線検出器。
A semiconductor radiation detector according to claim 2, wherein
The semiconductor radiation detector, wherein the first flexible substrate and the second flexible substrate are constituted by a single flexible substrate.
請求項1乃至3記載の半導体放射線検出器であって、前記半導体結晶は、Si結晶またはCdTe結晶を用いることを特徴とする半導体放射線検出器。   4. The semiconductor radiation detector according to claim 1, wherein the semiconductor crystal is a Si crystal or a CdTe crystal. 請求項1乃至3記載の半導体放射線検出器を、X線検出器として使用することを特徴とする産業用X線CT装置。   4. An industrial X-ray CT apparatus, wherein the semiconductor radiation detector according to claim 1 is used as an X-ray detector.
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