CN219936113U - 基于前照式光电二极管的多排ct探测器及其多排ct机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器以及包括其的CT机，所述多排CT探测器包括：闪烁体，其被配置为将X射线变成可见光，并且将可见光提供给光电二极管阵列；光电二极管阵列，其被布置在闪烁体的下部，以接收通过闪烁体转换的可见光，并且被配置为将光信号转换成电信号，然后通过键合引线将电信号提供给模数转换器ADC芯片；模数转换器ADC芯片，其被配置为与光电二极管阵列布置在基板的同一侧上，并且包括立体封装的N个ADC管芯，N为大于等于2的自然数；以及基板，其被配置为位于光电二极管阵列和模数转换器ADC芯片下方，以在基板的同一侧上布置光电二极管阵列和模数转换器ADC芯片。

Description

基于前照式光电二极管的多排CT探测器及其多排CT机

技术领域

本实用新型涉及基于前照式光电二极管的CT探测器，并且具体地，涉及一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器以及包括其的多排CT机。

背景技术

CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)探测器是CT机的核心部件之一。通过接收X射线穿过待扫描物体后的光子信号，CT探测器将接收的光子信号转换成相应的电信号。典型的CT探测器包括闪烁体、光电二极管(PD)阵列和电路部分等组件，并且可以划分为基于背照式光电二极管的CT探测器和基于前照式光电二极管的CT探测器。

在基于背照式光电二极管的CT探测器中，每个光电二极管(PD)对应一个像素，并且光电二极管的电极(信号引出端)位于光入射面(感光面)的背面(参考图1)。因此，背照式CT探测器可以采用类似于表面贴装的工艺直接将每个像素焊接在电路板上，省去了引线键合的工艺，并且每个像素的焊盘不会影响感光。此外，由于焊盘通常位于每个像素的正下方，其不会导致因焊盘密度过大而使得PCB无法制造，使得背照式CT探测器中的光电二极管理论上可以在二维方向无限拼接。

但是，基于背照式光电二极管的CT探测器中的背照式光电二极管因其流片工艺复杂，对原始硅片的要求更高，所以制造成本会显著高于前照式光电二极管。另外，由于背照式光电二极管的芯片厚度会影响成像质量，所以背照式光电二极管芯片通常很薄，因此芯片面积不能过大，否则将容易导致芯片碎裂，而且背照式光电二极管的感光面上没有特征图形可供参考，因此在将背照式光电二极管贴装到PCB时，为了保证芯片的完整性、足够的贴装精度、以及二极管焊盘与PCB焊盘结合的牢固性，贴装工艺相较前照式光电二极管组装复杂程度显著提高，一般都需要用到复杂且昂贵的高端贴片设备。

此外，背照式光电二极管的贴装工艺还对PCB本身的平坦度等指标有很高的要求，因此传统的PCB工艺很难满足，基于背照式光电二极管的CT探测器通常会采用陶瓷基板作为探测器的载板。以上因素直接导致了基于背照式光电二极管的CT探测器成本显著高于基于前照式光电二极管的CT探测器。

基于上述的特点，虽然可以利用基于背照式光电二极管的CT探测器中的光电二极管的二维可拼接的优势，但是其目前也只应用在64排及以上的CT探测器上。

相反地，在基于前照式光电二极管的CT探测器中，光电二极管的每个像素所对应的引线焊盘位于感光面的同一侧，光电二极管的有源区感光产生的光电流，通过硅片表面的金属引线连接到信号引出端，并且需要通过引线键合(wire bonding)工艺与基板相连，此后，通过基板(例如，PCB)上的走线，连接到模数转换(ADC)芯片。

基于前照式光电二极管的CT探测器相对于基于背照式光电二极管的CT探测器具有制造和组装的工艺简单、成本更低的优势。但是在现有工艺中，PCB制造技术限制了PCB的焊盘密度不能做得跟像素的引线焊盘一样大，并且键合线长度不能过长，此外PCB的层数还不能过多。因此，当CT探测器的排数增加，单位宽度上需要引出的信号数量随之增加时，使得PCB的引线键合焊盘的排数随之增大。但是焊盘的排数会受到引线键合工艺要求的限制，使得目前的前照式光电二极管只被应用在32排及以下的CT探测器上。

实用新型内容

为了进一步降低CT探测器的生产升本以及组装难度。本实用新型提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器。通过直接采用未封装的ADC管芯(Die)，利用3D封装技术，将多个ADC管芯堆叠封装来形成ADC芯片(chip)，进而将光电二极管上的所有信号直接通过引线键合的方式连接到ADC芯片，省去了PCB走线的中间环节，由此打破了PCB制造工艺的限制，实现了前照式光电二极管在64排CT探测器上的应用。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，包括：闪烁体，其被配置为将X射线变成可见光，并且将可见光提供给光电二极管阵列；光电二极管阵列，其被布置在闪烁体的下部，以接收通过闪烁体转换的可见光，并且被配置为将光信号转换成电信号，然后通过键合引线将电信号提供给模数转换器ADC芯片；模数转换器ADC芯片，其被配置为与光电二极管阵列布置在基板的同一侧上，并且包括立体封装的N个ADC管芯，N为大于等于2的自然数；以及基板，其被配置为位于光电二极管阵列和模数转换器ADC芯片下方，以在基板的同一侧上布置光电二极管阵列和模数转换器ADC芯片。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，所述基板为PCB板。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，每个ADC管芯的电源及控制信号通过引线键合的方式与基板相连。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，立体封装的N个ADC管芯通过在ADC管芯之间利用垫片隔开来堆叠封装。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，多排CT探测器为64排CT探测器。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，光电二极管阵列为包括64排乘以16列光电二极管的光电二极管阵列。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，所述光电二极管阵列相对的两侧布置有第一模数转换器ADC芯片和第二模数转换器ADC芯片，所述第一模数转换器ADC芯片包括立体封装的2个堆叠的ADC管芯，并且所述第二模数转换器ADC芯片包括立体封装的2个堆叠的ADC管芯。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，ADC管芯包括256个通道。

本实用新型的一方面提出了一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，闪烁体通过闪烁陶瓷来形成。

本实用新型的一方面提出了一种多排CT机，其特征在于包括如上所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器。

附图说明

图1是示出了基于背照式光电二极管的CT探测器中光电二极管的封装的示意图；

图2A和图2B是示出了传统的基于前照式光电二极管的CT探测器中光电二极管(PD)与基板的引线键合连接的示意图；

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的基于前照式光电二极管的CT探测器的示意图；

图4是示出了根据本实用新型的一个实施例的基于前照式光电二极管的多排CT探测器的俯视图；以及

图5是示出了包括根据本实用新型的多排CT探测器的多排CT机的示意图。

具体实施方式

在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦接”“连接”及其派生词指两个或多个元件之间的任何直接或间接通信或者连接，而无论那些元件是否彼此物理接触。术语“传输”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与……相关联”及其派生词是指包括、包括在……内、互连、包含、包含在……内、连接或与……连接、耦接或与……耦接、与……通信、配合、交织、并列、接近、绑定或与……绑定、具有、具有属性、具有关系或与……有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、***或其一部分。这种控制器可以用硬件、或者硬件和软件和/或固件的组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“至少一个”，当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“A、B、C中的至少一个”包括以下组合中的任意一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C、A和B和C。

贯穿本专利文件提供了其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，即使不是大多数情况下，这种定义也适用于这样定义的单词和短语的先前和将来使用。

在本专利文件中，模块的应用组合以及子模块的划分层级仅用于说明，在不脱离本公开的范围内，模块的应用组合以及子模块的划分层级可以具有不同的方式。

在整个附图中，相似的参考标号用于表示相似的元件，并且本领域的技术人员应该理解，在附图中，为了便于说明，将某些组件相对于其他组件扩大地显示，然而，其并不用于表示组件在装置中的实际大小，并且其可以根据本领域的技术人员的常用理解来进行解释。

图2A和图2B是示出了传统的基于前照式光电二极管的CT探测器中光电二极管(PD)与基板的引线键合连接的示意图。

参考图2A，光电二极管(PD)通过引线键合工艺而与基板(PCB板)连接。由于PCB制造工艺的限制，使得PCB上的引线键合焊盘的密度不能够过大。在PCB板上的引线键合焊盘在纵向方向上的间距的一般为大于等于50um，例如，参考图2A，其间距为200um。此外，芯片上的像素之间的间距根据芯片工艺(例如，硅基芯片)的标准一般大于1mm，例如，参考图2A，像素在纵向方向上的间距被设置为大于1mm。

当使用光电二极管来制造多排CT探测器时，由于PCB制造工艺和基于硅基的光电二极管的制造工艺的存在较大的差距，使得PCB的焊盘密度不能做得跟光电二极管的引线焊盘一样大。当CT探测器的光电二极管的排数小于等于32排时，通常采用增加键合焊盘的排数(图2A中键合焊盘在水平方向上的列数)来引出所有的像素。但是引线键合焊盘的排数同时也会受到引线键合工艺的限制(由于引线总长度、引线的层数或引线高度等因素限制，例如，引线键合的层数一般不超过4层)，参见图2B，由于引线键合焊盘的排数的增加，会增加键合引线的长度，上述特点使得前照式光电二极管只被应用于32排及以下的CT探测器上。

另外，传统的光电二极管的设计中，不论是基于前照式光电二极管还是背照式光电二极管的CT探测器，其所有像素的光电流信号都是通过PCB板上走线与模数转换器(ADC)相连，这就需要用到多层高密度(HDI)PCB板。由于多层高密度(HDI)PCB板本身的造价也很昂贵，且工艺难度大，使得能够满足生产工艺能力的供应商选择很少，无形中限制了产品的普适性和成本。

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的基于前照式光电二极管的CT探测器的示意图。

根据本实用新型实施例的前照式光电二极管阵列，直接采用ADC芯片的裸管芯(Die)，利用立体封装的技术，将两片ADC管芯堆叠起来以形成ADC芯片，并且其中，每个ADC管芯分别与光电二极管之间采用引线键合工艺相连。ADC芯片的每个ADC管芯的电源及控制信号通过引线键合的方式与PCB基板相连。

参考图3，根据本实用新型实施例的基于前照式光电二极管的CT探测器包括闪烁体、光电二极管阵列(PD阵列)、模数转换器(ADC)以及基板(PCB板)。

其中，闪烁体被配置为将X射线变成可见光，并且将可见光提供给光电二极管阵列。根据本实用新型的实施例，闪烁体可以通过闪烁陶瓷(稀土陶瓷)来形成。

光电二极管阵列被布置在闪烁体的下部，以接收通过闪烁体转换的可见光，此外，光电二极管(PD)阵列还被配置为将光信号转换成电信号，然后通过键合引线将电信号提供给包括模数转换器(ADC)芯片的数据读取模块。根据本实用新型的实施例，光电二极管(PD)阵列与ADC芯片被配置为被布置在基板(PCB板)的同一侧上，并且光电二极管(PD)阵列与ADC芯片通过键合引线来连接，以通过键合引线来传输信号。根据本实用新型的实施例，ADC芯片被配置为包括两个ADC管芯(die)，所述两个ADC管芯通过立体封装的技术而被堆叠封装，其中，在所述两个ADC管芯之间通过硅材料的垫片隔开。光电二极管(PD)阵列与堆叠的两个ADC管芯分别通过键合引线来进行连接，通过堆叠的方式可以有效地增加键合引线焊盘的数量，使得能够将前照式光电二极管应用到64排或者以上的CT探测器上。虽然在本实用新型的实施例中，示出了通过将两个ADC管芯堆叠封装来形成ADC芯片的示例，但是本领域技术人员应该理解，本实用新型不限于上述实施例，根据ADC管芯的配置以及封装工艺的不同，可以通过将N(N为大于等于2的自然数)个ADC管芯立体封装来形成ADC芯片，以提供足够用于与光电二极管(PD)阵列通信的键合引线焊盘的数量。

此外，根据本实用新型实施例的ADC芯片还被配置为，使得其中的每个ADC管芯的电源及控制信号通过引线键合的方式与PCB基板相连。根据本实用新型的实施例，通过在光电二极管(PD)阵列与ADC芯片直接通过键合引线进行连接，省去了PCB走线的中间环节，由此打破了PCB制造工艺的限制，实现了前照式光电二极管在64排或者以上的CT探测器上的应用。此外，由于不需要通过PCB板上走线来传输光电流信号，因此，不必须采用例如多层高密度(HDI)PCB板的高造价基板，从而使得制造商的选择更加灵活，并且降低了成本。

在本实用新型的实施例中，示出了通过将两个ADC管芯堆叠封装来形成ADC芯片，并且ADC芯片通过键合引线与光电二极管(PD)阵列和基板进行连接的示例，通过对于各个组件单独封装，使得设计复杂度降低。对于不同组件，例如，光电二极管(PD)阵列和ADC芯片可以采用不同的工艺来进行设计和制造，使得设计和制造难度降低，同时分离封装对于散热也更具有优势。然而，本领域技术人员应该理解，上述实施例并不用于限制本实用新型，也可以通过将组件，例如，光电二极管(PD)阵列和ADC芯片共同封装来形成CT探测器，以使得产品具有更高的集成度和更好的稳定性。

图4是示出了根据本实用新型的一个实施例的基于前照式光电二极管的多排CT探测器的俯视图。

参考图4，示出了根据本实用新型的一种64排CT探测器。在图4中，光电二极管在x和z方向上被布置为光电二极管阵列。对于64排CT探测器，在z方向上布置了64排的像素，此外，在x方向上，每个像素之间的间隔为1mm。由于ADC管芯(die)的通道数量通常为256个，基于上述的条件，光电二极管在x方向上的列数被配置为8的倍数，以用满ADC管芯的所有通道数。此外，由于ADC芯片的宽度一般在10～12mm的范围内，因此，为了更好地利用ADC芯片的宽度，根据本实用新型的实施例，将64排16列的光电二极管配置为一个光电二极管阵列最小设计单元。通过在该光电二极管阵列最小设计单元的两侧配置ADC芯片来从光电二极管阵列最小设计单元中接收电信号。为了满足最小设计单元的输出数量，ADC芯片被配置为包括通过3D封装而堆叠封装的2个ADC管芯。

综上，根据上述限制，本实用新型的一个实施例提供了一种在其中包括64排16列的光电二极管的光电二极管阵列最小设计单元，并且在该光电二极管阵列最小设计单元的相对侧各配置一个ADC芯片，以从光电二极管最小设计单元中接收电信号，其中，所述ADC芯片包括通过3D封装而堆叠封装的2个ADC管芯。然而，本领域技术人员应该理解，上述的配置方案仅仅是本实用新型的一种实现方式，本实用新型还可以采用其他数量的配置，以使用立体封装的ADC芯片来与光电二极管阵列的最小设计单元配合，形成符合ADC管芯设计要求和光电二极管设计要求的多排CT探测器。例如，根据本发明的实施例，可以将光电二极管阵列配置为包括大于64排的光电二极管，并且通过相应地配置ADC管芯的数量和尺寸来形成大于64排的基于前照式光电二极管的多排CT探测器。

图5是示出了包括根据本实用新型的多排CT探测器的多排CT机的示意图。

参考图5，提供了一种包括根据本实用新型的多排CT探测器的多排CT机。所述多排CT机包括X射线发射装置、多排CT探测器和扫描架。其中，扫描架包括固定部分和旋转部分。在旋转部分上设置有X射线发射装置和CT探测器，在旋转部分的中间设置有供扫描床穿过的中间孔径。扫描床和扫描架对应设置，扫描床用于承载病人并把病人置于扫描架的旋转部分的中间孔径里接受检查。当病人移动至预设扫描位置后，位于其一侧的X射线发射装置发射X射线，该X射线穿过病人的身体之后，由位于另一侧的CT探测器接收。CT探测器被配置为将X射线转换为电信号以生成图像信号，并且将图像信息传输至显示装置(图中未示)进行显示。

尽管已经用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求范围内的这种改变和修改。

本实用新型中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要元件。专利主题的范围仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，包括：

闪烁体，其被配置为将X射线变成可见光，并且将可见光提供给光电二极管阵列；

光电二极管阵列，其被布置在闪烁体的下部，以接收通过闪烁体转换的可见光，并且被配置为将光信号转换成电信号，然后通过键合引线将电信号提供给模数转换器ADC芯片；

模数转换器ADC芯片，其被配置为与光电二极管阵列布置在基板的同一侧上，并且包括立体封装的N个ADC管芯，N为大于等于2的自然数；以及

基板，其被配置为位于光电二极管阵列和模数转换器ADC芯片下方，以在基板的同一侧上布置光电二极管阵列和模数转换器ADC芯片。

2.根据权利要求1所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，所述基板为PCB板。

3.根据权利要求1所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，每个ADC管芯的电源及控制信号通过引线键合的方式与基板相连。

4.根据权利要求1所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，立体封装的N个ADC管芯通过在ADC管芯之间利用垫片隔开来堆叠封装，所述垫片为硅材料垫片。

5.根据权利要求1所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，多排CT探测器为64排CT探测器或者大于64排的CT探测器。

6.根据权利要求5所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，光电二极管阵列为包括64排乘以16列光电二极管的光电二极管阵列。

7.根据权利要求6所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，所述光电二极管阵列相对的两侧布置有第一模数转换器ADC芯片和第二模数转换器ADC芯片，

所述第一模数转换器ADC芯片包括立体封装的2个堆叠的ADC管芯，并且所述第二模数转换器ADC芯片包括立体封装的2个堆叠的ADC管芯。

8.根据权利要求7所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，ADC管芯包括256个通道。

9.根据权利要求1所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器，其特征在于，闪烁体通过闪烁陶瓷来形成。

10.一种多排CT机，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的基于前照式光电二极管的多排CT探测器。