CN105534540A - 用于制造检测器模块的传感器板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造检测器模块(81)的传感器板(1，85)的方法，其中提供多个读取器单元(15，35，59)，其中所述读取器单元(15，35，59)在每种情况下在层叠结构(13，33，65，91)中被定位在共用的传感器层(9，29，55)上，并且其中在所述读取器单元(15，35，59)中的所有读取器单元已经被定位之后，所述读取器单元在一起被固定在传感器层(9，29，55)上，形成混合器件(3，23，53)。本发明进一步涉及一种用于X射线检测器的检测器模块(81)，包括在模块载体(87)上被布置为彼此相邻的多个传感器板(1，85)，其中所述传感器板(1，85)借助于指定方法而被制造。

Description

用于制造检测器模块的传感器板的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造检测器模块的传感器板的方法。本发明进一步涉及一种通过对应的方法制造的传感器板，以及包括多个传感器板的传感器模块。

背景技术

在诸如举例而言在医疗成像中的计算机断层摄影之类的高分辨率成像方法的情况下，通常X射线检测器被使用以便于产生具有待被检查的患者的区域的高分辨率的三维图像。

X射线检测器在该情况下(其传感器层被配置作为直接转换的半导体层)允许个体X射线量子的定量和能量选择性检测。具有X射线辐射的影响，电子空穴对(即负和正电荷载流子的对)在传感器层中产生。借助于被施加到传感器层和/或到传感器层的表面的电压，电荷载流子被分开并且向着各自相反充电的电极和/或传感器层的表面移动。由此产生的电流或者对应的电荷转移可以通过下游连接的电子传感器单元而被评估。例如，以具有用于X射线辐射的高吸收截面的CdTe、CdZnTe、CdTeSe、CdZnTeSe、CdMnTe、GaAs、Si或Ge形式的半导体材料适用于检测X射线量子。

特别是在计算机断层摄影中需要大表面的X射线检测器，并且为此多个相对较小的检测器模块经常被布置为彼此相邻。这样的检测器模块继而由个体传感器板组成，该个体传感器板被布置为以在共有载体上的最小可能的间距(约100μm)彼此相邻，其传感器层一起形成检测器模块的传感器表面。

在传感器层的制造期间，在层叠结构中最初在传感器层上布置有读取器单元(诸如举例而言ASIC)并且随后将部件固定到彼此是惯常的。该层叠结构被表示为混合器件。

在连接技术中普遍的倒装芯片技术可以被用于制造传感器板，能够被快速制造从而以紧凑的方式的小型子组件。在此，待被连接以形成子组件的相应的部件(即，在该情况下是读取器单元和传感器层)可以借助于例如粘接方法而被固定在一起。

可替代地，固定可以借助于焊接方法发生。为此，通常来自低熔点焊料的焊接元件被用作接触或连接元件(“凸点”)，借助于该接触或连接元件，待连接的部件被紧固在一起。在混合器件的制造中，这样的焊接元件被施加到读取器单元面向集成状态中的传感器层的表面，并且读取器单元之后经由焊接元件与传感器层接触。通过随后对焊料的加热部件被连接在一起，该加热通常通过被用于定位部件的安装工具的特定温度调节而被执行。这被称为所谓的回流焊接。当制造混合器件时，针对待被固定的每个读取器单元，至少两个方法步骤必须被执行。在针对每个传感器层的多个读取器单元的情况下这是缺点。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种方法，借助于该方法传感器板能够以简单的方式被制造，确保其相对于惯用方法的无故障工作并且在大规模制造中具有更高的吞吐量。

本发明的第二目的是提供具有多个相应制造的传感器板的检测器模块。

根据本发明的第一目的由用于制造检测器模块的传感器板而实现，其中提供多个读取器单元，其中读取器单元在每种情况下在层叠结构中被定位在共用的传感器层上，并且其中在所有的读取器单元已经被定位之后，所述读取器单元被一起紧固到传感器层，形成混合器件。

本发明基于以下事实，用于制造每个传感器层具有一个读取器单元的“经典”1:1的混合器件的常规的焊接方法的使用在原理上不困难。然而，当制造多混合器件即每个传感器层包括多个读取器单元的混合器件时，该方法仅能够通过接受不理想的长制造时间而被执行，因为所需的方法步骤(即，包含的读取器单元的确切定位和随后的到传感器层的固定)必须被一个接一个地频繁重复，直到每个读取器单元被紧固到传感器层。

本发明除了增加的时间开销之外进一步考虑到在这样的多步骤过程经受不理想的热负载和机械负载期间被制造的混合器件。因而，例如，已经被固定到传感器层的读取器单元在第二读取器单元被布置及固定时被再次加热。这样的进一步的热量施加例如可以在已经被布置的读取器单元的边缘区域上具有不理想的效果。

本发明因而辨识到该问题可在传感器板的制造期间让人惊讶地易于解决，所需的读取器单元在传感器层上被初始地布置就位，并且仅在所有的读取器单元已经被定位在传感器层上之后所述读取器单元才同时地并且特别是在单个过程步骤中被固定到传感器层上，形成混合器件。

以此方式，当制造混合器件时并且特别是在制造多混合器件时的过程顺序可以被加速。因而，例如，当制造1:4的混合器件时，待被并入的四个读取器单元被初始地布置在对应的传感器层上。在传感器层上的读取器单元的紧固随后在共有的步骤中发生。以此方式，相对于以前的常规过程，制造时间被显著缩短。

在该情况下，特别地，也可能在同时间在传感器层上将所有的读取器单元布置就位。因而，例如，安装工具可以在完全自动化的制造顺序中被使用，所述制造工具能够在传感器层上的共有的步骤中定位所有的读取器单元。

在传感器表面上的读取器单元的紧固优选经由焊接元件发生。焊接元件在每种情况下被方便地布置在读取器单元的接触表面上，使得读取器单元借助于焊接元件被布置在传感器层上和/或与其接触。

特别优选的是，焊料球被用作焊接元件。可替代地，由焊膏制成的焊接元件借助于印刷过程或喷射过程被施加。焊膏的使用具有以下优点，其是粘着的，因而在安装期间直接在焊膏上保持部件(即，传感器层和相应数量的并入的读取器单元)。因此，读取器单元并不必须在其上被单独地胶合以便于被定位。特别是，在范围为110℃与180℃之间的低温度处熔化的材料适于作为焊料。优选地，使用包含选自具有以下组分的组的金属的焊接元件：铟(In)、银(Ag)、锡(Sn)、铋(Bi)和铅(Pb)。进一步优选的是，使用选自具有以下组分的组的合金的焊接元件：InAg、SnIn、SnBi、SnBiAg、SnBiPb。

方便地，读取器单元到传感器表面上的紧固通过焊接元件的加热和熔合发生，即借助于所谓的回流焊接而发生。在该情况下，优选地布置在传感器层上的所有的读取器单元的焊接元件被同时加热，使得所有的读取器单元借助于焊接元件到传感器层的紧固在共有的过程步骤中同时发生。因而，不理想的部件的热负载和机械负载可以得以避免。优选地，焊接炉(所谓的回流炉)被用于熔合。

当在焊接炉中加热焊接元件时，所有的焊接元件在同时间被熔合并且其结果是所有的并入的读取器单元也基本上同时被紧固到传感器层。而且，通过在多个混合器件的情况下各自的读取器单元的布置和/或定位同时发生之后执行的到传感器层的紧固，存在同一时间产生多个混合器件的可能性。为此，多个混合器件被一起方便地运输到焊接炉中。这样的方法是有利的，特别是对于工业大规模制造而言。

优选地，使用了具有范围在50μm与250μm之间的直径的焊接元件。因此，该方法涉及在传感器层上的读取器单元的高精度焊接。由于较小的直径，存在制造具有相对于常规混合器件减小的几何尺寸的混合器件的可能性。

方便地，读取器单元借助于安装工具被定位。安装工具用于读取器单元在传感器表面上的精确的预确定对准。在读取器单元或每个读取器单元的布置期间，传感器层优选地借助于安装工具被保持在放置位置，使得读取器单元可以被布置在对应的位置。用于传感器层的安装工具被方便地布置在传感器层的传感器表面上，即，在层叠结构中，其在部件在远离被布置的读取器单元的接触表面上的布置之后被产生。因而，相应的读取器单元的焊接元件可以与传感器层的接触表面相接触。

通过在对应的焊接炉中加热焊接元件而将部件紧固到彼此，可省去到目前为止都是必要的安装工具的温度调节。因而，每个读取器单元的读取器单元的定位还可以优选地在环境温度中发生，例如在制造区域中普遍的温度。

在读取器单元或每个读取器单元已经被紧固到传感器层之后，混合器件在层叠结构中被方便地施加到载体，因而产生了期望的传感器板。方便地，陶瓷载体被用作载体，其可以被用作从读取器单元到对应的模块电子器件单元的信号传输的中间基板，并且用于传感器层中产生的热量的特别是到金属模块载体的释放。

优选地，传感器层被使用，其包含碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CdZnTe)、镉锌碲硒(CdZnTeSe)、镉碲硒(CdTeSe)、镉锰碲(CdMnTe)、磷化铟(InP)、溴化铊(TlBr2)或碘化汞(HgI2)。这样的半导体材料允许在其上入射的X射线辐射直接转换为电信号并且是市场上可获得的并且具有相对于电荷传输性和均匀性的良好质量。

根据本发明，本发明的第二目的通过X射线检测器的检测器模块而实现，包括在模块载体上被布置为彼此相邻的多个传感器板，其中传感器板或每个传感器板借助于以上描述的方法被制造。

方便地，检测器模块包括载体，传感器板或每个传感器板被布置在其上。检测器模块或每个检测器模块的载体优选地经由模块载体在层叠结构中被连接到电子传感器单元。因而在X射线成像记录期间所检测到的数据(即，来自入射在传感器表面上的X射线辐射的直接转换的电信号)被立即评估并且进一步处理。为此，电子传感器单元例如可以使用对应的评估线路被读取。

检测器模块进一步优选的实施例从涉及该方法的子权利要求中进行公开。在该情况下，该方法所引用的优点可以被方便地转移到检测器模块。

附图说明

本发明的示例性实施例在下文参照附图做出更详细的描述，其中：

图1示出了侧视图和平面图中的1:1的混合器件，

图2示出了侧视图和平面图中的1:4的混合器件，

图3示出了当制造用于传感器板的混合器件时的第一过程步骤，

图4示出了当制造用于传感器板的混合器件时的第二过程步骤，

图5示出了当制造用于传感器板的混合器件时的第三过程步骤，以及

图6示出了具有根据图3至图5所制造的两个传感器板的检测器模块。

具体实施方式

图1示出了在侧视图5和平面图7中的1:1的混合器件3，其能够被并入传感器板1中。混合器件3包括具有传感器表面11的传感器层9。传感器层9在层叠结构13中被布置在读取器单元15上。该布置通过在层叠17的方向上在传感器层9与读取器单元15之间形成间隔而发生。

在读取器单元15与传感器层9之间，焊料球19被布置作为焊接元件，部件9、15借此被安装在彼此上。对于传感器层9的电接触，在读取器单元15中包括过孔触点21(TSV、硅通孔)。

图2示出了在侧视图25和平面图27中的进一步的混合器件23，其可以被配合在传感器板1中。在现在的情况下，这可以是1:4的混合器件23。混合器件23包括传感器层31，其被配置具有传感器表面29，该传感器表面29在层叠结构33中被布置在彼此相邻布置的四个读取器单元35上。读取器单元35在传感器层31上的布置可以源自平面图27。此外，在该情况下，传感器层29到读取器单元35上的紧固通过在层叠37的方向上在其之间布置焊料球39而发生。

传感器层29的电接触经由被包括在读取器单元35中的过孔触点41而实施。

两种混合器件1、23能够借助于在图3至图5的以下描述中以更多细节进行描述的方法而被制造。

在图3中，示出了1：2的混合器件的制造中的第一过程步骤51。在该情况下，最初提供传感器层55，所述传感器层借助于安装工具57被保持。读取器单元59被布置在传感器层55上。读取器单元59的布置和/或定位借助于安装工具61发生。

用于保持和/或定位传感器层55的安装工具57在目前的情况下被布置在传感器层55的传感器表面63上，即，在层叠结构65中远离读取器单元59布置的接触表面67的侧上。

读取器单元59还包括接触表面69，多个焊接单元71被布置在其上。读取器单元59借助于安装工具61、67被定位在传感器层55上。在定位读取器单元59之后，安装工具61从读取器单元59移除并被用于定位第二读取器单元59。

在该情况下，第二读取器单元59再第二过程步骤73中被定位在传感器层55上(图4)。读取器单元59还具有被布置在其接触表面67上的焊接元件75。在定位已经被完成之后，用于制造混合器件(在目前为两个的情况下)的所有的读取器单元59通过加热被紧固到传感器层55，形成混合器件53。

跟随该定位的该过程步骤77在图5中示出。混合器件53被移动到示意性示出的焊接炉79中，其中所述焊接炉被加热到150℃的焊接温度。自然地，可以被立即用于保持及定位另外的读取器单元和/或传感器层的安装工具57、61已经在之前被移除。

通过在焊接炉中加热，焊接元件75被熔合并且在冷却期间，固体焊接的连接在读取器单元59与传感器层55之间被制造。相应制造的混合器件53可以随后被配合在检测器模块中。

图6示出了这样的检测器模块81。检测器模块81被示出作为X射线检测器83的一部分并且具有两个传感器板85，其在共有的金属模块载体87上被布置为彼此相邻。

两个传感器板85在每种情况下包括两个混合器件53，其在每种情况下被布置在被配置作为陶瓷载体的共有的载体89上。陶瓷载体89在层叠结构91中经由模块载体87、从该处延伸到相应的传感器板85的数据电缆97而被连接到电子传感器单元95。

附加地，准直器99以覆盖传感器表面63的金属块的形式被使用，所述准直器用于产生平行光束路径。用于在X射线检测器以内的安装的状态中检测X射线辐射，高电压被施加到两个传感器板85的传感器层55的传感器表面63。电压在目前的情况下经由电压供应线101被供应，在每种情况下传导高电压。

Claims (7)

1.一种用于制造检测器模块(81)的传感器板(1，85)的方法，其中提供有多个读取器单元(15，35，59)，其中所述读取器单元(15，35，59)在每种情况下在层叠结构(13，33，65，91)中被定位在共用的传感器层(9，29，55)上，并且其中在所述读取器单元(15，35，59)中的所有读取器单元已经被定位之后，所述读取器单元被一起紧固到所述传感器层(9，29，55)，形成混合器件(3，23，53)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中焊接元件(19，39，75)被用于将所述读取器单元(15，35，59)紧固到所述传感器层(9，29，55)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述读取器单元(15，35，59)到所述传感器层(9，29，55)上的紧固借助于通过所述焊接元件(19，39，75)的熔合的回流焊接而发生。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中具有范围在50μm至250μm之间的直径的焊接元件(19，39，75)被使用。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述读取器单元(15，35，65)借助于安装工具(57)被定位在所述传感器层(9，29，55)上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述混合器件(3，23，53)在所述层叠结构(13，33，65，91)中被施加到载体(89)。

7.一种用于X射线检测器的检测器模块(81)，包括在模块载体(87)上彼此相邻布置的多个传感器板(1，85)，其中所述传感器板(1，85)借助于根据权利要求1至6中任一项所述的方法而被制造。