柔性X射线成像传感器及其制备方法与流程

本发明涉及x射线平板探测器设计制造领域，特别是涉及一种柔性x射线成像传感器及其制备方法。

背景技术：

x射线摄影术利用x射线短波长、易穿透的性质，不同物质对x射线吸收不同的特点，通过探测透过物体的x射线的强度来成像。平板探测器(fpd：flatpaneldetector)作为x射线成像系统的核心部件，负责将x射线转化成电信号并记录成像，可通过显示器适时显示，亦可保存供后续读取。

一般来说，fpd包括闪烁体、像素阵列(感光器阵列)、控制模块、信号处理模块和通信模块。闪烁体吸收x光将其转化为可见光；像素阵列将闪烁体产生的可见光转化为电信号；信号处理模块将电信号放大并通过模数转换生成数字信号，通过校正、补偿后成像。

现有的x射线成像传感器(sensor)主要为非晶硅(+传感器)(a-sisensor)，它具有工艺简单、成本较低的优点。这是一种在700um左右的玻璃基底上经高温成膜、光刻、刻蚀等工艺步骤生长薄膜晶体管tft和光电二极管pd层，形成像素单元的光电转换传感器。厚且易碎的玻璃作为基底，成为a-sisensor在轻薄等无线移动探测器领域应用的瓶颈。在使用过程中，探测器的碎裂在探测器返修中占有较大的比重。

近来，随着柔性电子技术的成熟，柔性显示产品开始投入市场，进入普通消费者的日常生活，其轻薄可弯折和优异的性能表现，使得柔性显示成为新一代显示技术，将广泛应用于物联网、智能家居、虚拟现实、可穿戴电子设备。

基于以上所述，提供一种柔性x射线探测器，尤其是提供一种轻薄、可弯折、更牢固的柔性x射线探测器实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柔性x射线成像传感器及其制备方法，以实现一种轻薄、可弯折、更牢固的柔性x射线探测器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柔性x射线成像传感器的制备方法，所述制备方法包括：1)提供一支撑基底，于所述支撑基底上形成柔性基底层；2)于所述柔性基底层上制备感光器阵列以及位于所述感光器阵列外围区域的引出焊盘，并于所述外围区域的引出焊盘上接合柔性引出线路板，实现所述感光器阵列的电性引出；3)于所述感光器阵列上制备闪烁体层；4)剥除所述支撑基底；5)于所述柔性基底层下表面形成柔性保护层。

优选地，所述支撑基底包括玻璃基底，所述柔性基底层包括聚酰亚胺(pi)薄膜、聚乙烯醇(pva)薄膜、聚酯(pet)薄膜中的一种。

优选地，所述柔性基底层包括聚酰亚胺(pi)薄膜，通过旋涂、烘干及固化工艺制作于所述支撑基底上。

优选地，所述柔性基底层的厚度范围为10～20μm，所述感光器阵列的厚度范围为2～8μm。

优选地，步骤2)包括：2-1)于所述柔性基底层上形成绝缘缓冲层，所述绝缘缓冲层包括氧化物及氮化物中的一种；2-2)基于a-si工艺于所述绝缘缓冲层上依次制备薄膜晶体管阵列及感光二极管阵列，形成感光器阵列，并同时于所述感光器阵列的外围区域制备引出焊盘；2-3)于所述感光器阵列上形成保护层，所述保护层包括氧化物及氮化物中的一种；2-4)于所述外围区域的引出焊盘上接合柔性引出线路板，实现所述感光器阵列的电性引出。

优选地，采用异方性导电胶膜(acf)将所述柔性引出线路板接合至所述引出焊盘上。

优选地，所述闪烁体层为gos闪烁屏，采用oca胶将所述gos闪烁屏粘附于所述感光器阵列上。

优选地，所述闪烁体层为csi层，采用热蒸发的方法于所述感光器阵列上制备csi层。

优选地，步骤4)中，通过激光透过玻璃基底照射到所述支撑基底及柔性基底层的界面，将所述支撑基底及柔性基底层界面的结合键烧断，以剥除所述支撑基底。

优选地，所述柔性保护层为聚酯(pet)薄膜或金属薄膜，采用psa胶将所述聚酯(pet)薄膜或金属薄膜粘附于所述柔性基底层下表面。

本发明还提供一种柔性x射线成像传感器，包括：柔性基底层，所述柔性基底层下表面形成有柔性保护层；感光器阵列，形成于所述柔性基底层的上表面，所述感光器阵列外围区域的制作有引出焊盘，所述引出焊盘上接合有柔性引出线路板，实现所述感光器阵列的电性引出；以及闪烁体层，形成于所述感光器阵列上。

优选地，所述柔性基底层包括聚酰亚胺(pi)薄膜、聚乙烯醇(pva)薄膜、聚酯(pet)薄膜中的一种。

优选地，所述柔性基底层与所述感光器阵列之间形成有绝缘缓冲层，所述绝缘缓冲层包括氧化物及氮化物中的一种。

优选地，所述柔性基底层的厚度范围为10～20μm，所述感光器阵列的厚度范围为2～8μm。

优选地，采用异方性导电胶膜(acf)将所述柔性引出线路板接合至所述引出焊盘上。

优选地，所述感光器阵列包括薄膜晶体管阵列及感光二极管阵列，同一行薄膜晶体管的栅极相连，时序控制信号通过栅极驱动电路，控制每一行薄膜晶体管的打开和关闭，每个像素的薄膜晶体管的漏极与感光二极管的下电极相连，将感光二极管收集的光生电荷在栅极控制下从薄膜晶体管的漏极传递到源极，同一列薄膜晶体管的源极相连，通过读出电路依次读出每个像素电荷，经放大、滤波和模数转换生成数字信号输出。

优选地，所述闪烁体层为gos闪烁屏及csi层中的一种。

优选地，所述柔性保护层为聚酯(pet)薄膜或金属薄膜，采用psa胶将所述聚酯(pet)薄膜或金属薄膜粘附于所述柔性基底层下表面。

如上所述，本发明的柔性x射线成像传感器及其制备方法，具有以下有益效果：

1)本发明设计和制备了一种基于a-si工艺的柔性x射线传感器，具有轻薄、可弯曲、抗摔耐用，与被检测物体紧密贴合，提高成像质量的优点。

2)本发明开发了一种柔性x射线探测器(->传感器)的制备工艺流程，其工艺过程与a-sitft工艺兼容，无需大规模升级，即可生产柔性a-sisensor。

3)本发明采用闪烁体层及柔性保护层上下覆盖保护全尺寸柔性传感器面板，解决了柔性传感器容易卷曲损坏的问题。

4)先接合fpc再从玻璃基底取下的设计，解决了无法在薄如纸张的柔性传感器上进行接合工艺的问题。

5)本发明的柔性x射线传感器使得非平面探测器成为可能，曲面探测器可根据被探测物体的形状设计，探测器表面与被探测物体贴合紧密，避免了平面探测器边缘无法贴合造成的图像不清晰。进一步的，设计表面可弯曲的探测器，其表面可随不同形貌的被探测物体而弯曲，使得工业检测、无损探伤变得十分便捷高效。

附图说明

图1～图7显示为本发明实施例1的柔性x射线传感器的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。

图8～图10显示为本发明实施例1的柔性x射线传感器的结构示意图。

图11显示为本发明的实施例2的柔性x射线传感器的结构示意图。

元件标号说明

101支撑基底

102柔性基底层

103感光器阵列

104柔性引出线路板

105oca胶

106gos闪烁屏

107psa胶

108柔性保护层

109csi层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图7所示，本实施例提供一种柔性x射线成像传感器的制备方法，所述制备方法包括：

如图1所示，首先进行步骤1)，提供一支撑基底101，于所述支撑基底101上形成柔性基底层102。

作为示例，所述支撑基底101包括玻璃基底，所述柔性基底层102包括聚酰亚胺(pi)薄膜、聚乙烯醇(pva)薄膜、聚酯(pet)薄膜中的一种。在本实施例中，所述柔性基底层102包括聚酰亚胺(pi)薄膜，通过旋涂、烘干及固化工艺制作于所述支撑基底101上。

作为示例，所述柔性基底层102的厚度范围为10～20μm，所述感光器阵列的厚度范围为2～8μm。

具体地，步骤1)包括：提供一厚度为700um的玻璃经清洗烘干后，送入旋涂(spin-coating)机台，涂上厚度均匀的pi膜，烘干固化。检测pi膜质量和均匀性，pi膜中的缺陷和厚度不均匀将影响后续工艺质量，特别是从玻璃基底激光取下(llo：laserlift-off)工艺质量和良率。pi的厚度可以根据需要决定，pi不宜过厚，由于pi和玻璃基底热膨胀系数(cte:coefficientofthermalexpansion)的差异，过厚的pi膜在较高的工艺温度下容易发生形变致光刻等对位不准；pi亦不宜过薄，过薄的pi膜在激光取下时不能有效的吸收全部的激光能量致其上的器件受损，基于以上条件，本实施例选取pi膜的厚度范围10～20μm。选取pi作为柔性基底是因为其高的玻璃化温度(>450℃)和在高温下(<400℃)良好的热稳定性，另外，柔性基底材料不限于pi，其它具有高温稳定性，cte和玻璃差异不大的材料也可作为柔性探测器的基底。

如图2～图4所示，然后进行步骤2)，于所述柔性基底层102上制备感光器阵列以及位于所述感光器阵列外围区域的引出焊盘，并于所述外围区域的引出焊盘上接合柔性引出线路板，实现所述感光器阵列的电性引出。

作为示例，步骤2)包括：2-1)于所述柔性基底层102上形成绝缘缓冲层，所述绝缘缓冲层包括氧化物及氮化物中的一种；2-2)基于a-si工艺于所述绝缘缓冲层上依次制备薄膜晶体管阵列及感光二极管阵列，形成感光器阵列，并同时于所述感光器阵列的外围区域制备引出焊盘；2-3)于所述感光器阵列上形成保护层，所述保护层包括氧化物及氮化物中的一种；2-4)于所述外围区域的引出焊盘上接合柔性引出线路板，实现所述感光器阵列的电性引出，在本实施例中，采用异方性导电胶膜(acf)将所述柔性引出线路板接合至所述引出焊盘上。

感光器阵列由tft和pd构成的像素阵列组成，其生长工艺和成熟的a-sitft工艺相似。由于pi的存在，需要在其上沉积一层几百纳米厚(优选为300～500nm)的氮化物或氧化物绝缘层作为缓冲层，作为水汽和氧的阻隔层，同时作为tft生长的基层。接下来依次进行栅极金属、绝缘层、a-si半导体层、源极漏极金属层的沉积、光刻、刻蚀，最后沉积氮化物钝化层覆盖tft。光刻钝化层以裸露漏极金属作为pd的下电极，依次沉积n-i-p层作为pd的光吸收层，再沉积ito透明电极层，最后覆盖氮化物钝化层，感光器阵列生长结束。生长工艺与a-si背板工艺完全兼容，无需大规模升级改造便可生长柔性传感器。感光器阵列层的厚度可以接近2um，加上15um左右的pi基底层，整体厚度不超过20um。

图3为感光器阵列像素电路图。图示为一个3x3的阵列，每一个像素由tft和pd构成。同一行像素的栅极相连，时序控制信号通过栅极驱动电路，控制每一行像素的打开和关闭。tft的漏极和pd的下电极相连，将pd收集的光生电荷在栅极控制下传递到源极。同一列像素的源极相连，通过读出电路依次读出每个像素电荷，经放大、滤波和模数转换生成数字信号输出。vcom为统一加在pd电极上的电压。

如图4所示，将定制化的fpc通过acf(anisotropicconductivefilm)胶，在一定温度和压力下接合到感光器阵列外围的pa区(焊盘区)的对应引出焊盘上。然后测试附着力和引出焊盘连接导通电阻。由于pi和感光器阵列层cte的差异，在达到附着力及引出焊盘导通要求下，选择接合温度和压力较低的acf胶，将减少玻璃基底取下后因应力释放而导致的裂纹产生。同时因为从玻璃取下后的感光器阵列很薄，无法在其上进行fpc接合，在llo前进行接合变得十分必要。

如图5所示，接着进行步骤3)，于所述感光器阵列上制备闪烁体层。

优选地，所述闪烁体层为gos闪烁屏106，采用oca胶105(opticalclearadhesive)将所述gos闪烁屏106粘附于所述感光器阵列上。gos闪烁屏106用于吸收x射线，产生可见光，被下面的pd吸收产生光生载流子。从玻璃基底取下的感光器阵列很薄，极容易卷曲和损坏，gos闪烁屏106同时作为上覆层支撑和保护柔性传感器。因此gos闪烁屏106尺寸须和传感器面板尺寸相同，全覆盖于感光器阵列上表面，防止边缘卷曲。

如图6所示，然后进行步骤4)，剥除所述支撑基底101。

优选地，步骤4)中，通过激光透过玻璃基底照射到所述支撑基底101及柔性基底层102的界面，将所述支撑基底101及柔性基底层102界面的结合键烧断，以剥除所述支撑基底101。

激光从探测器背面透过玻璃基底照射到玻璃pi界面，能量被pi吸收后，将玻璃pi界面的结合键烧断，柔性传感器顺利从玻璃基底取下。玻璃基底上的脏污和杂质会影响激光的透射，引起反射、散射、吸收等阻碍激光前进，不能充分与pi作用。因此llo前的玻璃清洗非常重要，玻璃基底在超声清洗后送入llo机台，调校好能量和聚焦的激光从玻璃面扫描，成功取下柔性传感器。pi膜的质量以及玻璃pi界面情况将影响激光的透过和pi对激光的吸收，因此pi膜涂布的质量显著地影响着llo的良率。激光能量和聚焦十分关键，根据玻璃基底的材质和厚度调校合适的能量和聚焦，要求既能够顺利取下不粘黏，又能被pi全部吸收而不透过pi照射到上面的像素层，破坏感光器阵列。由于激光波长短能量高，在llo过程中需要做好fpc的保护，不能直接照射到fpc上致其损坏。

如图7所示，最后进行步骤5)，于所述柔性基底层102下表面形成柔性保护层。

优选地，所述柔性保护层为聚酯(pet)薄膜或金属薄膜，采用psa胶107将所述聚酯(pet)薄膜或金属薄膜粘附于所述柔性基底层102下表面。

由于感光器阵列如纸张一样薄，很脆弱，上下保护层是必须的。llo后pi层裸露，为了避免损伤，应立即贴柔性保护层。由于llo中pi炭化，在pet贴附前应清洗pi表面，然后贴附带psa胶107的pet膜。除pet膜外，金属薄膜也可以作为保护膜，其可以反射透过感光器阵列的可见光，增强pd对光的吸收，提高探测器灵敏度。保护膜的材质和厚度可根据应用选取，以达到保护支撑，防止水汽和氧气渗透的目的。

如图8～图10所示，本实施例还提供一种柔性x射线成像传感器，包括：柔性基底层102，所述柔性基底层102下表面形成有柔性保护层；感光器阵列，形成于所述柔性基底层102的上表面，所述感光器阵列外围区域的制作有引出焊盘，所述引出焊盘上接合有柔性引出线路板，实现所述感光器阵列的电性引出；以及闪烁体层，形成于所述感光器阵列上。

作为示例，所述柔性基底层102包括聚酰亚胺(pi)薄膜、聚乙烯醇(pva)薄膜、聚酯(pet)薄膜中的一种。

作为示例，所述柔性基底层102与所述感光器阵列之间形成有绝缘缓冲层，所述绝缘缓冲层包括氧化物及氮化物中的一种。

作为示例，所述柔性基底层102的厚度范围为10～20μm，所述感光器阵列的厚度范围为2～8μm。

作为示例，采用异方性导电胶膜(acf)将所述柔性引出线路板接合至所述引出焊盘上。

作为示例，所述感光器阵列包括薄膜晶体管阵列及感光二极管阵列，同一行薄膜晶体管的栅极相连，时序控制信号通过栅极驱动电路，控制每一行薄膜晶体管的打开和关闭，每个像素的薄膜晶体管的漏极与感光二极管的下电极相连，将感光二极管收集的光生电荷在栅极控制下从薄膜晶体管的漏极传递到源极，同一列薄膜晶体管的源极相连，通过读出电路依次读出每个像素电荷，经放大、滤波和模数转换生成数字信号输出。

作为示例，所述闪烁体层为gos闪烁屏106。

作为示例，所述柔性保护层为聚酯(pet)薄膜或金属薄膜，采用psa胶107将所述聚酯(pet)薄膜或金属薄膜粘附于所述柔性基底层102下表面。

图10为基于本发明的一种可弯曲的柔性x射线成像传感器。其中虚线显示为aa(activearea)区，由感光的pd和tft构成的像素单元组成。aa区周围是pa(padarea)区，通过接合(bonding)与外接电路相连。如图10所示，接合在探测器两边的为柔性电路板(fpc)，分别与驱动电路、数据读取电路相连，在驱动电路的时序控制下，依次读取每个像素的电信号，经模数转换成数字信号成像。

与平面a-six射线成像传感器不同，图示柔性x射线成像传感器可弯曲，探测器表面将与被探测物体紧密贴合，实现更清晰的成像。当然，柔性x射线成像传感器也可作为平面x射线成像传感器用于平板探测器，如图9所示。柔性x射线成像传感器不易破碎、抗摔，使探测器具有更高的可靠性。

沿着图示虚线的剖面结构显示于图8。如图所示，中间为aa区，周边为pa区。从下往上，依次为柔性保护层、psa(pressuresensitiveadhesive)胶、pi(polyimide)柔性基底层102、感光器阵列、oca(opticallyclearadhesive)胶和gos(硫氧化钆)闪烁体层，在pa区有接合好的fpc。由于柔性基底及其上感光器阵列十分薄，只有几十微米，必须粘贴上下保护层以防止其卷曲和损坏，以便后续工艺顺利进行。gos层不仅作为闪烁体，吸收x射线转化成可见光，同时作为上保护层防止柔性x射线成像传感器从玻璃基底剥离后卷曲和损坏，起支撑和保护作用。

实施例2

如图11所示，本实施例提供一种柔性x射线成像传感器的制备方法，其基本步骤如实施例1，其中，与实施例1的不同之处在于：所述闪烁体层为csi层109，采用热蒸发的方法于所述感光器阵列103上制备csi层109，其工艺相比实施例1要更复杂。图11显示csi作为闪烁体的柔性x射线成像传感器。同样，csi的蒸镀需在llo前完成。csi源置于抽真空的腔室，加热挥发，在感光器阵列103表面形成柱状晶体，沉积时间和温度可根据需要的csi厚度来调节。由于csi为晶体，大角度的弯曲将产生龟裂，所以csi闪烁屏适合平面或小角度弯曲应用的探测器。为了避免污染接合好的fpc，生长过程中需要做好fpc保护。

如图11所示，本实施例还提供一种柔性x射线成像传感器，其基本结构如实施例1，其中，与实施例1的不同之处在于：所述闪烁体层为csi层109中。

如上所述，本发明的柔性x射线成像传感器及其制备方法，具有以下有益效果：

1)本发明设计和制备了一种基于a-si工艺的柔性x射线传感器，具有轻薄、可弯曲、抗摔耐用，与被检测物体紧密贴合，提高成像质量的优点。

2)本发明开发了一种柔性x射线传感器的制备工艺流程，其工艺过程与a-sitft工艺兼容，无需大规模升级，即可生产柔性传感器。

3)本发明采用闪烁体层及柔性保护层上下覆盖保护全尺寸柔性探测器(->传感器)面板，解决了柔性传感器容易卷曲损坏的问题。

4)先接合fpc再从玻璃基底取下的设计，解决了无法在薄如纸张的柔性传感器上进行接合工艺的问题。

5)本发明的柔性x射线传感器使得非平面探测器成为可能，曲面探测器可根据被探测物体的形状设计，探测器表面与被探测物体贴合紧密，避免了平面探测器边缘无法贴合造成的图像不清晰。进一步的，设计表面可弯曲的探测器，其表面可随不同形貌的被探测物体而弯曲，使得工业检测、无损探伤变得十分便捷高效。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。