CN115605778A - 辐射检测器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于对辐射进行位置分辨检测的辐射检测器以及制造这种辐射检测器的方法。辐射检测器包括具有对辐射敏感的传感器材料的至少一个传感器贴片(1)，传感器贴片(1)限定水平平面；与传感器材料接触的导电材料的一组像素(2)；至少一个ASIC(5),具有与像素(2)电连接的输入触件(4)，其中至少一个输入触件(4)相对于对应像素(2)水平偏移；以及在至少一个传感器贴片(1)和至少一个ASIC(5)之间的再分布层(10)，再分布层(10)包括将输入触件(4)与对应的像素(2)电连接的导体轨道(11)。导体轨道(11)中的至少一个导体轨道与至少一个与对应像素不同的交叉像素交叉。至少一个交叉像素具有与导体轨道(11)的突起的至少一部分对应的导电材料的空隙(14)。以这种方式，可以最小化或避免不同像素(2)之间的寄生电容，并且提高位置分辨图像的质量。

Description

辐射检测器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于对辐射进行位置分辨检测的辐射检测器以及制造这种检测器的方法。
背景技术
辐射检测器主要用于检测例如X射线波段中的电磁辐射，或者能量例如在1keV和400keV之间的电子。对于一些应用，需要对辐射进行位置分辨检测，例如，在诸如针对例如***X射线照相术或血管造影术的X射线测量或计算机断层摄影(CT)扫描的医疗应用中，或者例如在用于如低温电子显微镜(Cryo-EM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)或扫描透射电子显微镜(STEM)等应用的电子显微镜中。
一类著名的检测器是半导体检测器，其直接或间接地将入射辐射(即入射光子或电子)转换成与吸收能量成比例的电荷。半导体辐射检测器可以由检测器模块构成。每个模块由一个或几个半导体传感器贴片(tile)和一个或多个读出专用集成电路(ASIC)组成。光子或电子因此在半导体传感器贴片中被转换成电荷。然后，例如以入射辐射的位置分辨图像的形式评估电荷。在光子或电子计数检测器的情况下，在ASIC完成的电荷评估包括在时间范围内对高于某个阈值的电荷脉冲数量进行计数。
“位置分辨”是指检测器确定空间中每个地点的辐射量，例如光子数量、电子数量或沉积的能量。为此目的，敏感材料的空间通常以由限定在传感器贴片表面上的导电材料的面积表示的像素离散化。在另一个实施例中，像素可以指由传感器层上的导电扩散层限定的对应面积，其顶部具有金属触件(其中扩散层例如是形成在例如硅的传感器层内部的PIN二极管结构的部分)。传感器贴片的底表面包括周期性的像素阵列。相邻像素之间的距离被定义为“间距”。检测器空间分辨率取决于像素的大小和间距。其中检测到入射光子或电子的像素越小，像素间距通常可以越小。每个传感器贴片面积的像素数量越高，空间分辨率就越好。
每个像素例如借助于焊料凸块电连接到读出ASIC的输入触件。ASIC的顶侧包括输入触件阵列。ASIC中输入触件的间距被定义为相邻输入触件之间的距离。通常输入触件的间距在整个ASIC上是均匀的。在输入触件没有完全覆盖ASIC的情况下，这种间距的均匀性可能会在相邻ASIC边缘处的相邻输入触件之间遭到破坏。
两个常规输入触件之间的间距可以优选地在20um和500um之间。在常规的半导体辐射检测器中，像素和输入触件之间的电连接是直接的，即传感器像素间距和ASIC输入触件间距相同，并且输入触件和对应的像素位于彼此直接相对。
多个检测器模块可以并排组装，使得比单个检测器模块面积更大的面积中的辐射被记录。在相邻模块连接的区域中，会出现间隙，其中将不会检测到辐射。
此外，空间分辨检测的质量还取决于其它因素。在现有技术的半导体检测器中，由入射辐射产生的电荷在带有电荷敏感放大器的ASIC中被转换成电压。所得电压信号的振幅及其潜在噪声水平受到放大器输入端处电容的强烈影响。当噪声尽可能低且信号尽可能大时，实现半导体检测器的最佳性能。由于信噪比决定了基本的检测器性能参数，例如检测器对低能辐射的响应，因此在整个检测器上，电压信号具有均匀且高的信噪比是重要的。为了确保高且均匀的信噪比，有必要降低电荷敏感放大器输入端处的电容，并在整个检测器上实现均匀的电容分布。还需要减少来自环境噪声源的其它噪声源，因为它们会进一步降低信噪比。
一般而言，期望具有覆盖某个面积的辐射检测器，其中没有或至少减少不敏感间隙并且没有或至少减少检测器模块、传感器贴片之间或两个ASIC之间的区域中的像素间距的偏差。这对于成像应用，例如对于医疗应用或对于电子成像应用尤其重要。常规的辐射检测器在检测器模块之间表现出间隙和/或在与相邻ASIC中的相邻输入触件对应的相邻像素之间表现出不同的间距。撞击两个检测器模块或传感器贴片之间间隙的辐射或光子实际上并未入射到像素上，因此未被检测到。这会导致一部分传入辐射的损失。此外，当X射线或电子撞击两个ASIC之间的区域时，相邻ASIC之间的输入触件周期性失真会导致检测器空间分辨率的局部变化。因此，本发明的目的是提供一种具有高分辨率的辐射检测器，其覆盖大面积，没有或至少最小化间隙并且没有或至少减少在ASIC、传感器贴片和/或检测器模块之间的连接处的像素间距变化。本发明可以在X射线或电子成像应用中具有特定的影响。
发明内容
该目的通过一种用于对辐射进行位置分辨检测的辐射检测器来实现，该辐射检测器包括以下元件：
-具有对辐射敏感的传感器材料的至少一个传感器贴片，限定水平平面：传感器贴片在水平平面上可以具有矩形或特别是正方形形状，边长例如为2cm或4cm或6cm或8cm。辐射是典型能量在2keV和200keV之间的X射线辐射，或者是能量在2keV和400keV之间的电子辐射。用于医疗应用的X射线通常具有5到100keV或高达200keV范围内的能量。合适的半导体传感器材料是硅、砷化镓、碲化镉或碲化镉锌。传感器材料优选地适于将入射辐射或入射光子转换成电荷，然后可以对其进行测量。
-与传感器材料接触的导电材料的一组像素：像素被定义为水平平面上的表面面积，通常由金属制成。在像素中感应的任何电荷，特别是源自转换的光子或电子的电荷，对像素的测量值有贡献。因此，检测器空间分辨率，即每单位面积的像素数或测量值，取决于像素间距。优选地，像素是矩形的并且特别是具有边长通常在20和1000μm之间、理想地在30和450μm之间的正方形。该组像素可以是网格状布置，例如矩形网格，理想地覆盖传感器贴片的大部分敏感材料，例如至少90％、95％或99％。
-至少一个具有与像素电连接的输入触件的ASIC，其中至少一个输入触件相对于对应像素水平偏移：每个输入触件优选地与恰好一个对应的像素连接，这意味着该组像素的数量优选地等于输入触件的数量。优选地，一个或多个ASIC对应于，即评估一个传感器贴片的所有信号。一个或多个ASIC优选地被配置为评估在与ASIC输入触件接触的像素上收集的电信号。特别地，评估可以包括以下至少一项或多项：确定每像素和时间的电荷量、对每像素和时间转换成电荷的高于给定信号阈值的入射光子或电子的数量进行计数，以及进一步处理诸如校准。优选地，为每个传感器贴片分配的至少一个ASIC被布置在平行于由传感器贴片限定的水平平面的平面中，并且优选地与传感器贴片和可能的其它部件(诸如下面介绍的再分布层)一起布置在堆叠中。优选地，ASIC的输入触件面对像素，即使其它部件可以布置在它们之间。对于将输入触件简单地归因于像素，期望每个输入触件“直接在下面”，即对应像素没有任何水平偏移。但是，这可能是不可能的，因为与ASIC的大小相比，传感器贴片的大小不同，或者因为传感器贴片下方的空间和水平方向除了输入触件之外还需要其它元件，诸如输入/输出(I/O)焊盘，用于读出ASIC、设置ASIC的参数或向ASIC供电或参考电压。
-在至少一个传感器贴片和至少一个ASIC之间的再分布层，该再分布层包括将像素与位于平行于传感器表面的平面中的接触阵列电连接的导体轨道，优选地具有与ASIC的输入触件的间距相同的间距：换句话说，再分布层有利于传感器贴片和ASIC之间的电气连接，优选地还有机械连接。鉴于每个输入触件优选地与恰好一个对应的像素连接，再分布层为每对像素/输入触件提供一个导体轨道。这种导体轨道优选地仅具有一个或多个水平部分，以及一个或多个被称为通孔的垂直部分。优选地，导体轨道通过凸块下方金属化(UBM)触件和焊料凸块将像素连接到至少一个ASIC的输入触件。
在根据本发明的辐射检测器中，导体轨道中的至少一个导体轨道与至少一个与对应像素不同的交叉像素交叉。这意味着这样的导体轨道跨越至少一个像素，即“交叉像素”，其可以并且应该检测来自对应的像素以外的光子或电子的信号。优选地，交叉导体轨道连接到相对于对应像素水平偏移的对应输入触件，从而跨越一个或多个不同的交叉像素。优选地，交叉像素是对应像素的相邻像素。
如常规检测器中实现的交叉导致不同像素信号之间的电容耦合问题，即对应像素检测到的光子和电荷会影响交叉像素的信号，也称为像素之间的串扰。这会降低信号质量。特别地，交叉导致对应像素和至少一个交叉像素之间的所谓寄生电容。此外，由于这种寄生电容取决于交叉像素的地点和几何形状，因此并非每个像素都会在ASIC放大器处看到相同的输入电容，从而导致不均匀的信噪比。
在根据本发明的辐射检测器中，该问题通过以下方式被避免或至少被最小化：至少一个交叉像素具有与交叉导体轨道的投影的至少一部分对应的导电材料的空隙。投影意味着交叉像素上的面积，其中导体轨道被垂直地投影到交叉像素，即正交于水平平面中的像素表面。虽然像素是导电材料，但它优选地在投影的至少一部分内不具有任何导电材料。这意味着在其它情况下可以是矩形或正方形的像素可以具有与投影的至少一部分对应的孔。
这种像素设计避免或至少最小化交叉像素分别和与ASIC的特定输入触件或特定导体轨道对应的像素之间的寄生电容。此外，在ASIC输入触件处实现更均匀的输入电容分布。当考虑平行板电容器的简化示例时，可以理解这一点，该平行板电容器的电容C被给定为C＝εA/d，其中板之间材料的介电常数为ε、板面积为A和板距离为d。因此，板面积A越大，电容C越大，在当前情况下，电容C是非期望的寄生电容。因此，避免像平行板电容器中彼此相对的板面积A，如根据本发明针对至少一个交叉像素中空隙所做的那样，使寄生电容最小化。
优选地，贴片的每个像素是交叉像素并且具有来自交叉导体轨道的空隙。这种设计反映了ASIC上输入触件的高度紧凑排列。一般而言，根据本发明的设计像素尤其能够使再分布层更薄，例如厚度在0.1至10μm之间，其相当于使上式中的板距离d更小，而不会增大寄生电容和劣化测量质量。
同时，根据本发明的像素设计允许独立于传感器贴片的尺寸和/或形状来改变ASIC尺寸和/或形状。这产生了用于设计辐射检测器的各种可能性。特别地，它有助于减小贴片之间的间隙，特别是间隙宽度，同时保持像素间距恒定。以这种方式，更少的辐射或光子通过检测器而未被检测到，并且在相邻ASIC或相邻传感器贴片之间的区域中，有效分辨率不会失真。
像素与ASIC上的对应输入触件之间的水平偏移优选地一方面指的是输入触件的位置，另一方面指的是导体轨道的终止点在对应像素面积内的位置。给定像素的尺寸，终止点可以根据期望位于像素的不同区域。因此，在像素面积中设计终止点，例如，每个像素，还可以用于减少串扰。在一个实施例中，该组像素中的至少两个像素在各个像素内具有不同的终止点。优选地，至少一个，优选地所有终止点位于对应像素面积的边缘处。在对应导体轨道直接引向相邻间隙的情况下，也可以通过这种方式最小化串扰。优选地，应用上述两个实施例的组合。终止点优选地仅布置在像素的边缘处，但是，布置在不同的边缘处。例如，终止点可以在第一子集的像素的右手边，而终止点可以在第二子集的像素的左手边。
根据本发明的其它有利特征如下：
至少一个传感器贴片在水平平面中优选地具有比至少一个ASIC更大的表面面积。此外，至少一个传感器贴片在其在至少一个ASIC上的投影中突出超过所分配的至少一个ASIC的至少一个边缘。更优选地，至少一个传感器贴片在水平平面中具有比所分配的至少一个ASIC更大的表面面积。特别地，该组像素的水平延伸大于输入触件阵列的延伸。
这意味着在ASIC中有一些空间，在传感器贴片下方以及ASIC输入触件阵列旁边，这些空间可以用于不同的元件，例如，用于ASIC的输入/输出(I/O)焊盘。因此，相邻的贴片可以更紧密地布置在一起，从而避免传感器贴片之间出现非期望的间隙。在实施例中，每个传感器贴片的表面面积至少为2cmx2cm。
在优选实施例中，辐射检测器包括在水平平面中彼此相邻布置的一组传感器贴片和/或模块，其中这些贴片和/或模块由间隙隔开。水平平面中间隙的总表面优选地小于贴片和/或模块的总表面的10％，特别是小于5％或1％。
在优选实施例中，为了收集在半导体传感器贴片内产生的电荷，在半导体传感器贴片上施加电场(偏置电压)。为了产生电场，优选地在传感器贴片面向入射辐射的一侧施加高压(HV)。HV通常施加到传感器贴片上的金属电极，例如，经由到金属电极的引线键合或经由连接到电极上的导电胶带的引线键合或使用导电胶带直接连接到电极或连接到半导体。
此外，空隙的面积优选地为投影面积的至少80％，特别是至少90％，该面积限定了投影的部分。虽然空隙可以具有不同的形状，特别是大于或小于该投影，但有利的是空隙占据投影的至少所述部分以便最小化寄生电容。
空隙优选地由导电材料的连续边缘界定。这意味着空隙尤其是穿过像素的孔，而不仅仅是像素中的凹槽。在实施例中，空隙覆盖投影的整个面积，但不覆盖留下作为连续电连接的像素边缘。这种像素设计确保像素的所有部分都处于相同的电位，特别是在投影否则会将交叉像素切割成两个或更多个部分的情况下。
根据上述公式，寄生电容可以替代地或附加地以其它方式被最小化或被避免，即通过改变板之间，即在导体轨道和交叉像素之间的材料的介电常数ε，和/或通过改变板距离d，即导体轨道和交叉像素之间的距离，其特别类似于再分布层的厚度。根据这个想法，再分布层具有至少1μm，特别是至少5μm的厚度是有利的。此外，再分布层包括低k材料是有利的，即具有相对介电常数εr<3.9的材料，特别是电介质。低k材料的优选示例是例如多孔SiO2、F-掺杂的SiO2、聚酰胺。
在还有的实施例中，辐射检测器包括用于保持和接触至少一个ASIC的基板。基板可以包括电绝缘体基板和穿过绝缘体基板的外部导电通孔，例如每个ASIC一个外部导电通孔。特别地，至少一个ASIC的I/O焊盘特别地通过印刷微线或通过接头键合或通过引线键合电连接到外部导电通孔。因此，基板优选地充当保持器并且特别有利于将多于一个ASIC和至少一个模块安装在一个辐射检测器上。
在又一个实施例中，辐射检测器还包括在再分布层和至少一个ASIC之间的屏蔽件。该屏蔽件优选地布置在再分布层上并且优选地面向ASIC的I/O焊盘或保持ASIC的电绝缘基板的导电通孔中的至少一个。该屏蔽件优选地是导电的并且连接到地。该屏蔽件用于避免或至少最小化在内部路由的数字或模拟信号到ASIC的I/O焊盘和再分布层或像素中的导体轨道的串扰，或从ASIC的I/O焊盘和再分布层或像素中的导体轨道到内部路由的数字或模拟信号的串扰。有利的是，屏蔽件的投影覆盖ASIC的未被输入触件覆盖的表面面积的至少50％，特别是至少80％。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造辐射检测器的方法。它包括以下步骤：
-提供包含对辐射敏感的传感器材料的至少一个传感器贴片，
-特别是通过应用光刻和金属化，形成与传感器材料接触的导电材料的一组像素，
-沉积介电涂层，特别是有助于再分布层，
-将每个像素的通孔蚀刻到介电涂层中，
-特别是通过应用光刻和金属化，通过用在介电涂层上限定再分布轨道的导电材料填充通孔来形成导体轨道，
-特别是通过UBM限定导体轨道的触件，并且在再分布轨道上沉积另一个介电涂层，特别是也有助于再分布层的另一个介电涂层，以及
-将导体轨道的触件电连接到至少一个ASIC的输入触件。
至少一个输入触件相对于对应像素水平偏移。导体轨道中的至少一个导体轨道与至少一个与对应像素不同的交叉像素交叉。并且至少一个交叉像素具有对应于导体轨道的投影的至少一部分的导电材料的空隙。
此外，有利的是，该方法包括以下步骤中的至少一个：
-在水平平面上布置一组彼此相邻的贴片，其中贴片由间隙隔开，其中间隙在水平平面上的总面积小于贴片的总面积的10％，特别是小于5％或1％，
-提供用于保持和接触至少一个ASIC的基板，特别是其中基板包括电绝缘体基板和通过每个ASIC的绝缘体基板的外部导电通孔，
-将至少一个贴片和至少一个ASIC安装到基板，
-特别是通过印刷微线或通过接线片键合或通过引线键合将至少一个ASIC的I/O焊盘电连接到外部导电通孔。
所描述的实施例和特征类似地涉及辐射检测器和方法。协同效应可能来自实施例和特征的不同组合，但是它们可能没有被详细描述。
附图说明
当考虑下面本发明的详细描述时，将更好地理解本发明并且除上述那些之外的其它目的将变得显而易见。这种描述参考了附图，其中：
图1示出了根据现有技术的像素化传感器贴片(左侧)和包含辐射检测器的输入触件阵列(右侧)的ASIC；
图2示出了穿过如图1中所示带有像素化传感器和像素化ASIC的辐射检测器模块的横截面；
图3a和3b示出了辐射检测器的检测器模块；图3a示出了由每个ASIC的传感器贴片组成的检测器模块，而在图3b中，几个ASIC连接到一个传感器贴片；
图4示出了根据现有技术的辐射检测器的分解图；
图5示出了根据现有技术的穿过具有再分布层的辐射检测器的横截面；
图6示出了根据现有技术的辐射检测器的再分布层的透视图；
图7示出了图6的再分布层的俯视图；
图8示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的代表性六个像素的顶视图；
图9示出了根据本发明的实施例的穿过辐射检测器的贴片和再分布层的横截面；
图10示出了根据本发明的实施例的类似于图9但具有更大厚度的再分布层的横截面；
图11示出了根据本发明的实施例的基板内的ASIC组件的横截面；
图12示出了根据图11的实施例的具有基板的辐射检测器的横截面；
图13至图16示出了如在根据本发明的实施例的制造辐射检测器的方法中使用和获得的光刻掩模(图13a至16a)和辐射检测器的横截面(图13b至16b)；
图17和18示出了根据本发明的实施例的用于辐射检测器贴片的外部和内部中的再分布轨道和通孔的光刻掩模。
具体实施方式
为了更好地理解根据本发明的问题及其解决方案，借助于图1至7描述了现有技术辐射检测器的第一特征。
图1示出了根据现有技术的辐射检测器的像素化传感器(左侧)和包含输入触件阵列的ASIC(右侧)。至少一个像素化传感器贴片1或传感器贴片阵列和至少一个ASIC 5或ASIC 5的阵列构成辐射检测器模块，其中一个或多个辐射检测器模块构成辐射检测器。图1中与对辐射敏感的传感器材料接触的像素阵列2的尺寸为256x256个像素。像素化的ASIC 5(图1右侧)的输入触件4的数量与像素化传感器的像素的数量，即256x256个，相同。此外，ASIC 5包括用于电信号和***电路，例如控制块和保护环，的输入/输出的I/O焊盘6，其占据ASIC表面的一部分。
通常，像素2和ASIC 5的输入触件4以像素和对应输入触件的一对一关系相互电连接，意味着输入触件4的数量等于像素数2的数量。为了简单起见，对应的像素2和输入触件4彼此相邻。在现有技术的辐射检测器中，像素矩阵的最外行和最外列中的像素通常大于像素矩阵内的常规像素，以便用像素覆盖ASIC***电路***上方的面积，以便对该区域的辐射也敏感。
在实施例中，一个传感器贴片连接到多个ASIC。通常在这种情况下，像素和ASIC的输入触件以一对一的关系相互电连接。
如图2中所示，像素2和对应的输入触件4通常位于彼此的正上方/正下方，其中垂直上方/下方方向被定义为垂直于传感器贴片1和像素阵列在水平平面上的延伸。通常通过焊球或凸点键合3建立电气连接。
图2中的辐射检测器模块安装在带有读出电子器件的高密度互连(HDI)印刷电路板8上。在现有技术中，ASIC 5的I/O焊盘6和HDI PCB 8之间的电气连接是通过引线键合7建立的。
对于较大的检测器面积，若干个如图2中所示的辐射检测器模块被并排布置，形成如图3a和3b中所示的辐射检测器。如从图2、3a和3b可以看出，在PCB 8上并排布置现有技术的检测器模块导致传感器贴片1之间的间隙9。因此，现有技术中的辐射检测器在水平平面中显示出间隙9，其中在该间隙9中没有放置传感器材料，这意味着在这些间隙9中无法检测到辐射或光子。这会导致所得图像中细节的丢失和测量信号的丢失。在图3a中，一个传感器贴片附接到每个ASIC；而在图3b中，一个传感器贴片连接到多个ASIC。在图3a中，因此在同一检测器模块内的贴片之间形成更小的间隙。图3b中省略了这个间隙。但是，在这种情况下，通常两个ASIC之间的区域中的像素比常规像素具有更大的间距。
为了避免这些缺点，提出了一种像素2和输入触件4之间的再分布层形式的解决方案。该解决方案在图4至7中示出。
图4示出了辐射检测器模块的分解图，该模块由传感器贴片1和ASIC 5组成，与图1中显示的那些类似。但是，与图1相比，图4的实施例的像素化传感器贴片1在水平平面中具有与ASIC 5相同的尺寸。这导致如下情况：与传感器贴片1的传感器材料接触的像素2比ASIC 5的对应输入触件4占据更大的面积。如图5中所示，ASIC输入触件间距，即相邻输入触件4之间的距离，小于传感器像素间距2a，即传感器贴片1上相邻像素2之间的距离。在这种布置中，输入触件4中的至少一些必然相对于对应的像素2有偏移。
图5还示出了来自现有技术的解决方案，包括再分布层10，其通过介电材料12中的导体轨道11建立像素2与对应输入触件4的一对一连接。通常，再分布层10单片集成在传感器贴片1上。
图6和7分别示出了再分布层10的透视图和俯视图。注意的是，图6和7中的垂直方向与前面的图相比是相反的。图6和7中的导体轨道11被描绘为在可能的最短路径上连接像素2和输入触件4的对角特征。但是，在辐射检测器的典型实施方式中，由于制造过程，导体轨道11遵循如图5中所示的水平和垂直方向。
如图5至7中所示的导电像素2、导体轨道11和输入触件4的布置导致电容的形成，例如在某个像素2和介电再分布层10中与像素交叉的导电轨道11之间形成电容。图10示意性地描绘了这种电容。它会导致像素之间的串扰、降低信噪比并产生所得图像的模糊，因此降低了有效分辨率。因此，电容是非期望的并且被称为“寄生”电容。
图8至19示出了根据本发明的实施例的所述问题的解决方案。图8是如在根据本发明的实施例的检测器中使用的传感器贴片1的六个代表性像素2的顶视图。虽然现有技术检测器的像素(图1至7)在水平平面中是连续的，即由连续的导电材料表示，但根据本发明的至少一个像素2包括空隙14。空隙14对应于导体轨道11的与像素2交叉的投影的至少一部分。有利地沿着竖直方向执行该投影。以这种方式，通过最小化或避免像素2和导体轨道11之间的重叠，最小化或避免寄生电容13。显然，空隙14的尺寸和形状对于每个像素2是特定的并且可能不同。
图8的空隙14不完全对应于导体11的投影。相反，像素2保持其现有技术的外部矩形或正方形形状。这意味着像素2具有由导电材料制成的连续边缘15。这种连续边缘15避免了像素2被分成几个可能处于不同电位的独立部分。传感器内部的电场分布确保即使电荷直接在空隙14上方产生，也能收集电荷。
但是，一般而言，期望空隙14尽可能多地对应于投影，即空隙14占据例如投影面积的至少80％，特别是至少90％。此外，优选地，被再分布层10中的导体轨道11交叉的许多或所有像素2都表现出这样的空隙14。这显著提高了所得图像的质量。
替代地或附加地，将空隙的概念应用于形成在导体轨道11和被导体轨道交叉的输入触件4之间的电容是有利的。在这种情况下，至少一个交叉的输入触件具有与导体轨道的投影的至少一部分对应的空隙。
图9至12示出了根据本发明的辐射检测器的进一步有利特征。图9的穿过传感器贴片1和再分布层10的横截面所示的实施例的特征在于低k材料作为再分布层10的介电材料12。通过使用低k材料，可以减少寄生电容13，如可以从上述平行板电容器的电容的通用公式中看出。因此，图9的实施例可以具有在0.1到2μm范围内的再分布层10的厚度，例如1μm，同时仍将寄生电容13降低到用于成像目的的可接受水平。
图10示出了类似于图9但具有更大厚度的再分布层10的横截面。厚度可以在2到10μm的范围内，例如5μm。同样，增大再分布层10的厚度也减小了寄生电容，如可以通过上述用于平行板电容器的公式来理解，因为它增大了导体轨道11和交叉像素2之间的距离。但是，再分布层厚度的任意增加可能会产生导体轨道电阻和自电容的增强。此外，所需的厚度范围可能导致制造过程的非期望的复杂化。
图11和12示出了根据本发明的实施例的具有基板15的辐射检测器的横截面。图11示出了将ASIC 5组装到功能化基板15中，其中图12显示了在功能化基板15内组装的ASIC5以及将传感器凸块键合到再分布层10。在常规的辐射检测器中，信号通过引线键合7传输到读出电子器件8，例如参见图2和3，这导致检测器有效面积中的间隙9。根据图11和12的本发明的实施例，ASIC 5安装到基板15，特别是安装到基板15的袋中。此外，ASIC 5的I/O焊盘6经由连接17连接到基板15中的外部导电通孔16，基板15优选地是介电功能化基板15。连接17可以例如通过印刷微线、接线片键合或引线键合来建立。优化基板袋和/或通孔16的尺寸以最小化检测器间隙9。以这种方式，实现例如，在医疗应用中的非常适合成像的辐射检测器或检测器模块。
图12示出了另一个有利特征：屏蔽件18布置在再分布层10上并面向ASIC 5。屏蔽件18面向ASIC 5的未被输入触件4覆盖的面积，但优选地面向I/O焊盘6和/或通孔16和/或连接17。因此，它使导体轨道11免受源自连接17中的数字或模拟信号的串扰信号的影响。屏蔽件18可以由金属层制成，并且优选地在朝向ASIC 5的方向上被介电层或涂层覆盖。此外，屏蔽件18优选地连接到ASIC 5的接地焊盘或基板15。在不同的实施例中，屏蔽件18布置在ASIC 5上，面向再分布层10。
再分布层(10)和至少一个ASIC(5)之间的屏蔽件(18)，该屏蔽件(18)优选地布置在再分布层(10)的面向至少一个ASIC(5)的表面上并且优选地面向ASIC(5)的I/O焊盘(6)或保持ASIC(5)的电绝缘基板(15)的导电通孔(16)中的至少一个，并且特别地是导电的并且连接到地。
图13至16示出了根据本发明的实施例的制造辐射检测器的方法的特征。在这种情况下，图13a至16a以及图17和18示出了在该方法中使用的光刻掩模。在第一步骤中，提供传感器贴片1，即包括对辐射敏感的传感器材料。然后，通过光刻和金属化限定金属像素2，参见图13a和13b。像素2具有空隙14，该空隙14对应于如前所述与像素交叉的导体轨道的投影的至少一部分。在下一步骤中(图14a和14b)，介电涂层12沉积在传感器贴片1和像素2上。然后，穿过介电涂层12向每个像素2开放通孔12a。孔12a通过光刻限定并通过蚀刻形成。
在下一步骤中(图15a和15b)，再分布轨道11b通过光刻和金属化限定。在同一步骤中，孔12a由形成通孔11a的导电材料填充。通孔11a和再分布轨道11b促成(contribute to)再分布层10的导体轨道11。然后，介电涂层12的表面被钝化，例如用例如SiO2、SU8或SiNx的薄介电层12b，并且UBM 11c通过光刻和金属化限定(图16a和16b)。UBM 11c适于建立到ASIC5的输入触件4的电触件。介电涂层12、薄介电层12b和导体轨道11促成再分布层10。
图17和18分别示出了用于方法的实施例中使用的辐射检测器的传感器贴片的外部和内部中的通孔11a、再分布轨道11b和UMB 11c的光刻掩模。显然，在传感器1的外部(图17)中，像素2和对应的输入触件4以及因此通孔11a和UBM 11c比传感器贴片1的内部(图19)进一步水平偏移。这意味着再分布轨道11b在外部将比在内部更长。换句话说，传感器边缘处的再分布最大，而传感器中间的传感器再分布最小。
一般而言，有利的是，导体轨道11，特别是再分布轨道11b，被布线为使得它们的投影覆盖像素2的尽可能小的面积。假设再分布轨道11b的期望面积恒定，这相当于沿着像素2之间的间隙21对再分布轨道11b进行布线，如图17中所示。这再次分别减少了不同像素或输入触件之间的寄生电容。
虽然示出和描述了本发明的当前优选实施例，但应当清楚地理解，本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以其它方式不同地实施和实践。

Claims (15)

1.一种用于对辐射进行位置分辨检测的辐射检测器，包括：
-具有对辐射敏感的传感器材料的至少一个传感器贴片(1)，传感器贴片(1)限定水平平面，
-与传感器材料接触的导电材料的一组像素(2)，
-分配给所述至少一个传感器贴片(1)的至少一个ASIC(5)，所述至少一个ASIC(5)具有与像素(2)电连接的输入触件(4)，其中至少一个输入触件(4)相对于对应像素(2)水平偏移，
-在所述至少一个传感器贴片(1)和所述至少一个ASIC(5)之间的再分布层(10)，所述再分布层(10)包括将输入触件(4)与对应的像素(2)电连接的导体轨道(11)，
其中导体轨道(11)中的至少一个导体轨道与不同于对应像素的至少一个交叉像素交叉，
其中所述至少一个交叉像素具有与交叉导体轨道(11)的投影的至少一部分对应的导电材料的空隙(14)。
2.根据权利要求1所述的辐射检测器，
其中所述传感器材料适于将入射辐射转换成电荷，并且
其中所述传感器材料包括半导体材料，特别是硅或砷化镓或碲化镉或碲化镉锌。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，
其中所述至少一个传感器贴片(1)在其在所分配的所述至少一个ASIC(5)上的投影中突出超过所述至少一个ASIC(5)的至少一个边缘，
优选地，其中所述至少一个传感器贴片(1)在水平平面中具有比所分配的所述至少一个ASIC(5)更大的表面面积，
特别是其中所述一组像素(2)的水平延伸大于输入触件(4)的阵列的延伸，
特别是其中每个传感器贴片(1)具有至少2cmx2cm的表面面积。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，
其中所述组中的每个像素(2)被分配给多个输入触件(4)中的一个输入触件(4)，并且
其中所述组中的每个像素(2)通过导体轨道(11)中的一个导体轨道电连接到所分配的输入触件(4)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，
其中与不同于对应像素的至少一个交叉像素交叉的导体轨道(11)中的至少一个导体轨道是电连接相对于对应像素(2)水平偏移的所述至少一个输入触件(4)的导体轨道，
优选地，其中在所述至少一个输入触件(4)和对应像素之间的水平偏移是指对应导体轨道的对应像素的面积内输入触件的位置和终止点的位置，
优选地，其中对于所述组的至少两个像素，对应像素内的终止点的位置是不同的，
优选地，其中至少一个，并且优选地所有终止点都位于对应像素面积的边缘处。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，包括
相邻像素(2)之间的非导电材料的像素间间隙(21)，
其中所述导体轨道(11)中的至少一个导体轨道的至少一部分与像素间间隙(21)中的一个像素间间隙对齐。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，
其中所述空隙(14)的面积总计为限定所述投影的所述部分的所述投影的面积的至少80％，特别是至少90％。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，其中所述空隙(14)由导电材料的连续边缘(15)界定。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，
其中所述再分布层(10)具有至少1μm，特别是至少5μm的厚度，
优选地，其中所述至少一个ASIC(5)的所述输入触件(4)和所述导体轨道(11)经由焊料凸块和凸块下金属化层(11c)连接。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，包括
-在水平平面中彼此相邻布置的一组传感器贴片(1)，其中
贴片(1)由间隙(9)隔开，
其中间隙(9)在水平平面中的整个表面小于传感器贴片(1)的整个表面的10％，特别是小于5％或1％。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，还包括
-用于保持和接触所述至少一个ASIC(5)的基板(15)，
特别地，其中基板(15)包括电绝缘体基板和通过每个ASIC(5)的绝缘体基板的至少一个导电通孔(16)，并且
特别地，其中所述至少一个ASIC(5)的至少一个I/O焊盘(6)电连接到所述至少一个导电通孔(16)，特别是通过印刷微线或通过胶带自动键合或通过引线键合。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，还包括：
-在所述再分布层(10)和所述至少一个ASIC(5)之间的屏蔽件(18)，该屏蔽件(18)优选地布置在所述再分布层(10)的面向所述至少一个ASIC(5)的表面上，并且优选地面向ASIC(5)的I/O焊盘(6)或保持ASIC(5)的电绝缘体基板(15)的导电通孔(16)中的至少一个，并且特别地是导电的并且连接到地。
13.根据权利要求12所述的辐射检测器，
其中所述屏蔽件(18)的投影覆盖所述再分布层的未被输入触件(4)覆盖的表面面积的至少50％，特别是至少80％。
14.一种用于制造辐射检测器的方法，包括以下步骤：
-提供具有对辐射敏感的传感器材料的至少一个传感器贴片(1)，
-特别是通过应用光刻和金属化，形成与传感器材料接触的导电材料的一组像素(2)，
-沉积介电涂层(12)，特别是促成再分布层(10)，
-将每个像素(2)的通孔(12a)蚀刻到介电涂层(12)中，
-特别是通过应用光刻和金属化，通过用导电材料填充通孔(12a)并在介电涂层(12)上限定再分布轨道(11b)来形成导体轨道(11)，
-特别是通过凸块下方金属化(11c)，限定导体轨道(11)的触件，并且在再分布轨道(11b)上沉积另一个介电涂层(12b)，特别是也促成再分布层(10)的另一个介电涂层(12b)，
-将导体轨道(11)的触件电连接到至少一个ASIC(5)的输入触件(4)，
其中至少一个输入触件(4)相对于对应像素(2)水平偏移，
其中导体轨道(11)中的至少一个导体轨道与不同于对应像素的至少一个交叉像素交叉，
其中至少一个交叉像素具有对应于导体轨道(11)的投影的至少一部分的导电材料的空隙(14)。
15.根据权利要求14所述的方法，包括以下步骤：
-提供用于保持和接触所述至少一个ASIC(5)的基板(15)，特别地，其中基板(15)包括电绝缘体基板和通过每个ASIC(5)的电绝缘体基板(15)的至少一个外部导电通孔(16)，
-将所述至少一个传感器贴片(1)和所述至少一个ASIC(5)安装到基板(15)上，
-特别地，将所述至少一个ASIC(5)的至少一个I/O焊盘(6)电连接到至少一个外部导电通孔(16)，特别地通过印刷微线或通过胶带自动键合或通过引线键合或通过UTEC。
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