DE102008012604B4 - Detektormodul, Röntgendetektor und Verfahren zum Aufbau eines Röntgendetektors - Google Patents

Detektormodul, Röntgendetektor und Verfahren zum Aufbau eines Röntgendetektors Download PDF

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Abstract

Detektormodul (8) für einen Röntgendetektor (5), umfassend eine Sensorschicht (10), insbesondere aus einem Halbleiter-Direktkonverter-Material, sowie einen unterhalb der Sensorschicht (10) angeordneten Auslesechip (14), wobei zwischen der Sensorschicht (10) und dem Auslesechip (14) ein Zwischensubstrat (12) angeordnet ist, das zur Signalübertragung von der Sensorschicht (10) zum Auslesechip (14) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensubstrat (12) bei einer Draufsicht eine größere Fläche aufweist als die Sensorschicht (10) und der Auslesechip (14).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Detektormodul für einen Röntgendetektor sowie einen Röntgendetektor. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Aufbau eines Röntgendetektors.
  • Detektormodule, insbesondere für Röntgen- und/oder Gamma-Detektoren, werden üblicherweise in Strahlungsrichtung in einer Stapelfolge von Sensorschicht-Auslesechip-Träger aufgebaut. Für einen Aufbau mit den geforderten Toleranzen ist der „Top to Bottom-Ansatz” zu bevorzugen, d. h. erst wird die Sensorschicht mit dem Auslesechip verbunden und dann werden sie auf dem Träger fixiert. Da das Sensormaterial eine geringe thermische Belastbarkeit aufweist, können zur Verbindung zwischen der Sensorschicht und dem Auslesechip nur Verbindungsverfahren in einem niedrigen Temperaturbereich verwendet werden (T < 185°C). Aufgrund der Reihenfolge, in der die Detektorschichten miteinander verbunden werden, muss daher auch die Verbindung zwischen dem Auslesechip und dem Träger mit einem Niedrigtemperaturprozess durchgeführt werden.
  • In der US 6,933,505 B2 ist eine Anordnung beschrieben, bei der ein temperaturempfindliches Halbleiter-Detektorsubstrat über ein „Solder-Bump”-Lötverfahren mit einem Auslesesubstrat verbunden ist. Dabei wird als Lot eine niedrig schmelzende, bleifreie Legierung verwendet, deren Schmelzpunkt zwischen 100°C und 180°C liegt.
  • Aus der US 7,170,062 B2 ist ein weiterer Detektor für Röntgen- und Gammastrahlung zu entnehmen, bei dem elektrisch leitende Verbindungen aus einem Klebstoff vorgesehen sind, um das Signal auf einem Detektorsubstrat in ein Auslesesubstrat zu leiten.
  • Geeignet für den Aufbau eines für Röntgen- und/oder Gamma-Detektors sind z. B. Halbleiter-Materialien, bei denen eine Direktumwandlung der auf sie eintreffenden Strahlung in ein elektrisches Signal erfolgt. Die auftreffende Röntgenstrahlung erzeugt in der Sensorschicht aus dem Halbleitermaterial unmittelbar Ladungsträger (Elektronen-Loch-Paare). Durch Anlegen einer Spannung (Biasspannung) an die Sensorschicht werden durch das hierdurch erzeugte elektrische Feld die Ladungsträgerpaare getrennt und gelangen zu elektrischen Kontakten oder Elektroden, die auf dem Halbleitermaterial angebracht sind. Dabei wird ein elektrischer Ladungspuls erzeugt, der proportional zur absorbierten Energie ist und von der Elektronik eines nachgeschalteten Auslesechips ausgewertet wird. Der Auslesechip ist insbesondere eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), in der mehrere digitale Schaltkreise und eventuell analoge Schaltungen integriert sind und der für eine bestimmte, festgelegte Funktion ausgebildet ist. Zum Aufbau des Detektors sind hierbei mehrere Detektormodule umfassend je eine Sensorschicht und einen Auslesechip vorgesehen, die aneinander angereiht sind. Durch eine Mehrzahl von Kontakten an einer Unterseite der Sensorschicht, deren Signale separat ausgelesen und ausgewertet werden, ist ein solcher Detektor durch einen pixellierten Aufbau gekennzeichnet.
  • Aus dem Stand der Technik ist außerdem bekannt, bei einem Detektormodul eines Röntgendetektors zwischen der Sensorschicht und dem Auslesechip ein Substrat anzuordnen. Derartige Detektormodule sind z. B. aus WO 91/10921 A1 , DE 101 42 531 A1 , US 7,326,907 B2 , DE 102 44 177 A1 , US 6,510,195 B1 und US 7,230,247 B2 zu entnehmen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders stabilen Aufbau eines Röntgendetektors zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Detektormodul für einen Röntgendetektor umfassend eine Sensorschicht, insbesondere aus einem Halbleiter-Direktkonverter-Material, sowie einen unterhalb der Sensorschicht angeordneten Auslesechip, wobei zwischen der Sensorschicht und dem Auslesechip ein Zwischensubstrat angeordnet ist, das zur Signalübertragung von der Sensorschicht zum Auslesechip geeignet ist, wobei das Zwischensubstrat bei einer Draufsicht eine größere Fläche aufweist als die Sensorschicht und der Auslesechip.
  • Die Erfindung geht in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass durch das Zwischensubstrat die mechanische Stabilität des Detektormoduls erhöht wird. Aufgrund seiner Fähigkeit das Signal von der Sensorschicht zum Auslesechip zu übertragen ist die Funktion des Röntgendetektors auf keinerlei Weise durch das Zwischensubstrat beeinträchtigt. Das Zwischensubstrat ist hierbei derart ausgebildet, dass es lediglich die Signale von der Sensorschicht weiterleitet, eine Auswertung dieser Signale erfolgt beim Zwischensubstrat nicht, sondern erst im Auslesechip.
  • In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung, dass das Zwischensubstrat einen Puffer zwischen den Hochtemperatur- und den Niedertemperaturverbindungen darstellen kann. Somit ist es möglich, als Erste die Verbindung zwischen dem Auslesechip und dem Zwischensubstrat bei einer höheren Temperatur herzustellen, als die Verbindung zwischen dem Zwischensubstrat und der Sensorschicht. Hierdurch liegt einerseits eine besondere sichere und dauerhafte Verbindung zwischen dem Zwischensubstrat und dem Auslesechip vor und andererseits wird die Sensorschicht während des Verbindungsprozesses nicht beschädigt.
  • Darüber hinaus sind durch das Zwischensubstrat vielfältige Möglichkeiten zum Verbinden von Sensorschichten und Auslesechips unterschiedlicher Größe gegeben. Beispielsweise kann in einem Detektormodul eine Sensorschicht über das Zwischensubstrat mit mehreren kleineren Auslesechips elektrisch kommunizieren, welche Auslesechips nebeneinander angereiht die Fläche der Sensorschicht abdecken. Diese Variante ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Auslesechips, da bei einer geringen Fläche der Auslesechips die Fehlrate bei ihrer Fertigung niedrig ist, was sich auf die Herstellungskosten positiv auswirkt. Umgekehrt ist es auch möglich, dass die Signale von mehreren nebeneinander angeordneten Sensorschichten über das Zwischensubstrat an einen einzigen Auslesechip zum Auswerten geleitet werden. Denkbar sind auch mehrere Sensorschichten über ein Zwischensubstrat mit mehreren Auslesechips zu verbinden.
  • Beim Aufbau eines Röntgendetektors ist die Ausrichtung der einzelnen Detektormodule zueinander wichtig, weshalb üblicherweise die Kante der Sensorschichten als Bezugskante herangezogen wird, um die einzelnen Detektormodule direkt aneinander liegend anzuordnen. Dies kann jedoch durch mechanische Belastungen zur Rissbildung oder Randausbrüchen der Sensorschicht bis hin zur Zerstörung des Röntgendetektors führen. Um dieses Problem zu umgehen, weist das Zwischensubstrat bei einer Draufsicht eine größere Fläche auf als die Sensorschicht und der Auslesechip. Aufgrund der vergrößerten Fläche des Zwischensubstrats kann seine Kante als Bezugskante bei der Justage der Detektormodule zueinander verwendet werden, ohne dass dabei die Sensorschicht beschädigt wird.
  • Bevorzugt ist an den jeweils zugewandten Seiten der Sensorschicht und des Zwischensubstrats sowie des Zwischensubstrats und des Auslesechips die gleiche Anzahl von elektrischen Kontakten für elektrische Verbindungen vorgesehen. Die Sensorschicht, das Zwischensubstrat und der Auslesechip werden weiter im Text als Detektorschichten oder einfach Schichten bezeichnet. Unter Kontakten sind hierbei elektrisch leitende Stellen an den Oberflächen der Detektorschichten zu verstehen, wobei zwischen den Kontakten zweier übereinander liegender Detektorschichten die elektrischen Verbindungen zwischen diesen Detektorschichten erfolgen. Bei der vorliegenden Anordnung ist jedem Kontakt an der Unterseite der Sensorschicht genau ein Kontakt an der Oberseite des Zwischensubstrats zugeordnet, um eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Schichten zu realisieren. Gleicherweise ist jedem Kontakt an der Unterseite des Zwischensubstrats genau ein Kontakt an der Oberseite des Auslesechips zugeordnet, um die durch das Zwischensubstrat gehende Signale aus der Sensorschicht effizient an den Auslesechip weiterleiten zu können. Durch diese Anordnung wird eine diskrete Signalübertragung ermöglicht, welche die Erfordernisse eines pixellierten Aufbaus eines Detektormoduls erfüllt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten Lötverbindungen. Dank dem Lötmittel oder Lot, welches aus einer Metall-Legierung besteht, werden die Signale zwischen den einzelnen Schichten des Detektormoduls wirkungsvoll übertragen. Darüber hinaus weisen die Lötverbindungen eine hohe mechanische und thermische Stabilität auf. Zum punktuellen Verbinden der Schichten miteinander an mehreren Stellen wird insbesondere ein „Solder-Bump”-Verfahren angewendet, bei dem die Lötlegierung u. a. Elemente wie Indium, Kupfer, Gold, Zinn, Wismuth und Blei in unterschiedlichen Anteilen enthalten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die Lote an der Oberseite und an der Unterseite des Zwischensubstrats unterschiedliche Zusammensetzungen auf. Die Lötlegierung an der Oberseite des Zwischensubstrats umfasst insbesondere Elemente mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die an der Unterseite des Zwischensubstrats.
  • Um die örtliche Auflösung der Sensorschicht beim Übertragen der Signale an den Auslesechip beizubehalten, wodurch eine sehr gute Bildqualität erreicht wird, sind vorzugsweise die Anzahl von Eingangskontakten an der Oberseite und die Anzahl von Ausgangskontakten an der Unterseite des Zwischensubstrats gleich.
  • Nach einer alternativen Variante ist beim Zwischensubstrat das Signal von mehreren Eingangskontakten auf einen Ausgangskontakt zusammengefasst. Bei einer Zusammenfassung von mehreren Signalen der Sensorschicht wird insbesondere eine Verstärkung dieser Signale erreicht, um ihre Auswertung zu erleichtern.
  • Zweckdienlicherweise ist das Zwischensubstrat aus einem keramischen Material mit eingebauten Metall-Leiterbahnen ausgebildet. Geeignet für diesen Einsatz sind insbesondere Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken (LTCC) oder Hochtemperatur-Einbrand-Keramiken (HTCC), welche heutzutage eine breite Anwendung auf dem Gebiet der Elektronik finden und eine kostengünstige Alternative zur herkömmlichen Leiterplatten-Technologien darstellen.
  • Alternativ ist das Zwischensubstrat bevorzugt aus einem dotierten Halbleitermaterial ausgebildet. Durch die Dotierung können die Eigenschaften des Halbleitermaterials, insbesondere seine Leitfähigkeit, für seinen Einsatz aus Zwischensubstrat auf günstige Weise verändert werden.
  • Im Hinblick auf eine Erhöhung der mechanischen Stabilität des Detektormoduls ist vorzugsweise eine Unterseite des Auslesechips auf einem Träger angelötet. Der Träger weist hierbei insbesondere Leiterbahnen auf, so dass die im Auslesechip ausgewerteten Signale über den Träger aus dem Detektormodul hinausgeführt werden.
  • Im Betrieb eines Röntgendetektors entstehen insbesondere in der Sensorschicht sowie im Auslesechip große Mengen an Abwärme, welche abtransportiert werden müssen, um einen stabilen Betrieb des Röntgendetektors zu gewährleisten. Vor diesem Hintergrund ist der Träger gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Kühlkörper. Der Kühlkörper befindet sich in unmittelbarer Nähe des Auslesechips und der Sensorschicht, so dass die in diesen Detektorschichten entstandene Abwärme über Wärmeleitung an den Träger abgegeben und somit besonders effizient abgeführt werden kann.
  • Zweckdienlicherweise weist das Zwischensubstrat eine Dicke zwischen 100 μm und 3 mm, insbesondere zwischen 100 μm und 1 mm auf. Die Dicke des Zwischensubstrats ist insbesondere geringer als die Dicke der Sensorschicht. Dadurch wird erreicht, dass die Signale der Sensorschicht störungsfrei an den Auslesechip weitergeleitet werden. Zudem stellt dies eine Material sparende Lösung dar.
  • Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch einen Röntgendetektor umfassend mehrere aneinander angereihte Detektormodule nach einer der vorhergehenden Ausführungen, wobei die einzelnen Detektormodule anhand ihrer Zwischensubstrate zueinander ausgerichtet, so dass eine genaue Detektorjustage ohne eine Schädigung der Sensorschicht erfolgen kann.
  • Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Aufbau eines Röntgendetektors gelöst, bei dem ein Detektormodul mit folgenden Schritten aufgebaut wird: ein Auslesechip wird mit einem Zwischensubstrat verlötet, der Auslesechip wird mit einem Träger verlötet und eine Sensorschicht wird mit dem Zwischensubstrat verlötet, wobei beim Aufbau des Röntgendetektors mehrere Detektormodule über ihre Zwischensubstrate zueinander ausgerichtet werden, damit die Sensorschichten nicht mechanisch beansprucht werden.
  • Die im Hinblick auf das Detektormodul und dem Röntgendetektor angeführten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen lassen sich sinngemäß auf das Verfahren übertragen.
  • Mit Rücksicht auf die geringe thermische Belastbarkeit der Sensorschicht wird bevorzugt das Verlöten der Sensorschicht mit dem Zwischensubstrat bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt als das Verlöten des Auslesechips mit dem Zwischensubstrat und mit der Trägerschicht durchgeführt. Auf der einen Seite wird somit die Sensorschicht vor thermischen Spannungen geschützt, auf der anderen Seite wird durch ein Hochtemperatur-Lötverfahren eine hohe mechanische Stabilität der Verbindungen zwischen dem Auslesechip und dem Zwischensubstrat sowie zwischen dem Auslesechip und dem Träger gewährleistet. Alle Lötvorgänge werden insbesondere durch einen „Solder-Bump”-Prozess durchgeführt. Geeignete Materialien als Lötmittel sind hierbei Indium, Kupfer, Gold, Zinn, Wismut und Blei in unterschiedlichen Anteilen und Zusammensetzungen. Durch Änderungen der Zusammensetzung des Lötmittels können insbesondere unterschiedliche Schmelzpunkte eingestellt werden.
  • Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung wird das Verlöten der Sensorschicht mit dem Zwischensubstrat bei einer Temperatur zwischen 85°C und 185°C durchgeführt.
  • Gemäß einer weiteren zweckdienlichen Weiterbildung wird das Verlöten des Auslesechips mit dem Zwischensubstrat und mit dem Träger bei einer Temperatur zwischen 140°C und 300°C durchgeführt.
  • Da das Zwischensubstrat die Sensorschicht beim Aufbauen des Detektormoduls vor einer thermischen Belastung schützt, kann dies genutzt werden, um zuerst die Hochtemperaturlötprozesse durchzuführen, und am Ende, wenn eine besonders feste Grundlage für die Sensorschicht gebildet ist, die empfindliche Sensorschicht aufzubringen. Vor diesem Hintergrund erfolgen die einzelnen Schritte des Verfahrens bevorzugt wie folgt: in einem ersten Schritt wird der Auslesechip mit dem Zwischensubstrat mittels eines Hochtemperatur-Lötverfahrens verbunden, anschließend wird der Auslesechip mit dem Träger mittels eines Hochtemperatur-Lötverfahrens verbunden und schließlich wird die Sensorschicht mit dem Zwischensubstrat mittels eines Niedertemperaturlötverfahrens verbunden. Hierbei wird eine sehr hohe mechanische Stabilität der Verbindungen und damit eine hohe Prozessbeute und eine geringe Fehlrate bei der Herstellung der Detektormodule erreicht.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht:
  • 1 eine Computertomographieanlage,
  • 2 einen Schnitt durch ein Detektormodul, und
  • 3 eine Draufsicht auf mehrere aneinander angereihte Detektormodule eines Röntgendetektors.
  • In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezeichnungen versehen.
  • In 1 ist in schematischer Darstellung eine Computertomographieanlage 1 gezeigt. Diese Computertomographieanlage 1 umfasst im Wesentlichen eine Röntgenquelle 2, von der ein Röntgenbündel 3 ausgeht. Das Röntgenbündel 3 durchdringt ein zu untersuchendes Objekt 4 und trifft auf einen flächigen Röntgendetektor 5 auf. Die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 5 sind in nicht dargestellter Weise aneinander gegenüberliegend an einem Drehrahmen der Computertomographieanlage 1 angeordnet, welcher Drehrahmen in eine φ-Richtung um die Systemachse Z der Computertomographieanlage drehbar gelagert ist. Der Röntgendetektor 5 ist hierbei ein Halbleiterdetektor. Der Röntgendetektor 5 umfasst die durch das Objekt 4 hindurchtretende Strahlung und erzeugt Signale, aus welchen ein Bildrechner 6 in an sich bekannter Weise eines oder mehrere zwei- oder dreidimensionale Bilder berechnet, die auf einer Anzeige 7 darstellbar sind.
  • Der Röntgendetektor 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein pixelierter Halbleiterdetektor, der eine Vielzahl von Detektormodulen 8 umfasst, die in φ-Richtung und in Z-Richtung nebeneinander auf eine Zylinderteilfläche angeordnet sind.
  • Der Aufbau eines solchen Detektormoduls 8 ist in 2 dargestellt. Das Detektormodul 8 umfasst in Strahlungsrichtung des Röntgenbündels 8 eine Sensorschicht 10, die hierbei aus einem Halbleiter-Direktkonvertermaterial wie zum Beispiel CdTe oder CdZnTe besteht, ein unterhalb der Sensorschicht 10 angeordnetes Zwischensubstrat 12 sowie einen darunterliegenden Auslesechip 14. Alle diese Schichten 10, 12, 14 sind auf einem Träger 16 angelötet. Untereinander sind die Detektormodulschichten 10, 12, 14 ebenfalls verlötet, wobei hierfür ein s. g. „Solder-Bump”-Lötverfahren verwendet wurde. Die einzelnen Lötverbindungen sind hierbei mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet.
  • Die Sensorschicht 10 weist an ihre Unterseite Pixelkontakte 20 auf, welche zur Übertragung der Signale der Sensorschicht 10 zum Auswertechip 14 dienen. Durch die Pixelkontakte 20, welche alle gleich ausgebildet sind und nach einem vorgegebenen Raster auf der Unterseite der Detektorschicht 10 angebracht sind, ist der pixelierte Aufbau der Sensorschicht 10 gegeben. Um das Signal weiter übertragen zu können, ist für jeden Pixelkontakt 20 ein Eingangskontakt 22 an einer Oberseite des Zwischensubstrats 12 vorgesehen, wobei die Lötverbindungen 18a stets zwischen den Paaren von Pixelkontakten 20 und Eingangskontakten 22 hergestellt sind.
  • Das Zwischensubstrat 12 ist in der Lage, die elektrischen Signale weiterzuleiten. Insbesondere ist das Zwischensubstrat aus einer Keramik ausgebildet, in der hier nicht näher gezeigte metallische Faser oder Leiterbahnen eingebaut sind. Eine Unterseite des Zwischensubstrats 12 ist mit Ausgangskontakten 24 versehen, deren Anzahl und Anordnung im gezeigten Ausführungsbeispiel der der Eingangskontakte 22 entspricht, damit die Lötverbindungen 18b hergestellt werden können. Durch diese Anordnung wird die örtliche Auflösung der Sensorschicht 10 beibehalten. Möglich ist auch, dass das Zwischensubstrat 12 derart ausgebildet ist, dass das Signal von mehreren Eingangskontakten 22 auf einen Ausgangskontakt 24 zusammengefasst wird, wodurch eine Signalverstärkung erreicht wird.
  • Korrespondierend zu jedem Ausgangskontakt 24 auf dem Zwischensubstrat 12 sind an der Seite des Auslesechips 14 weitere Kontakte 26 vorgesehen, welche über die Lötverbindungen 18b mit den Ausgangskontakten 24 verbunden sind. Das in dem Auslesechip 14 eingeleitete elektrische Signal wird von Schaltungen, die in dem Auslesechip 14 integriert sind, verarbeitet und über den Träger 16, mit dem der Auslesechip 14 ebenfalls über Lötverbindungen 18c verbunden ist, zum Bildrechner 6 zur Ausgabe geleitet. Der Träger 16 ist hierbei aus einem keramischen Körper gebildet, er kann aber auch nach Art eines Kühlkörpers ausgestaltet sein, um die im Betrieb in der Sensorschicht 10 und in dem Auslesechip 14 erzeugte Wärme abzuführen.
  • Die unterschiedlichen Schichten 10, 12, 14 des Detektormoduls 8 weisen auch unterschiedliche Dicken auf. Die Sensorschicht 10 weist eine Dicke D1 zwischen 500 μm und einige Millimeter auf. Das Zwischensubstrat 12 ist weniger dick gestaltet, seine Dicke D2 liegt im Bereich zwischen 100 μm und 1 mm. Die Dicke D3 des Auslesechips 14 beträgt einige 100 μm, insbesondere liegt sie zwischen 300 μm und 700 μm.
  • Die Herstellung eines solchen Detektormoduls 8 erfolgt schrittweise, wobei Dank des Zwischensubstrats 12 der Einsatz von Hochtemperatur-Lötverfahren ermöglicht ist. In einem ersten Herstellungsschritt wird der Auslesechip 14 mit dem Zwischensubstrat 12 verlötet. Hierbei wird ein Lötmittel eingesetzt, dessen Schmelzpunkt zwischen 140°C und 300°C liegt. Bei etwa der gleichen Temperatur wird im nächsten Schritt der Auslesechip 14 auf dem Träger 16 fest angebracht. Wenn alle Hochtemperaturprozesse abgeschlossen sind, wird schließlich die Sensorschicht 10 mit dem Zwischensubstrat 12 verbunden. Dabei liegt der Schmelzpunkt des verwendeten Lötmittels zur Herstellung der Lötverbindungen 18a unter dem Schmelzpunkt der Lötmittel der Verbindungen 18b und 18c. Insbesondere liegt die Temperatur beim dritten Herstellungsschritt zwischen 85°C und 185°C. Geeignet als Lötmittel für die Lötverbindungen 18a, 18b und 18c sind zum Beispiel die Elemente Indium, Kupfer, Gold, Zinn, Wismuth und Blei, wobei der Schmelzpunkt des Lots durch die Zusammensetzung der Metalllegierung eingestellt werden kann.
  • Dank des Zwischensubstrats 12 kann das Detektormodul 8 außerdem aus mehreren Sensorschichten 10 und/oder mehreren Auslesechips 14 aufgebaut werden, welche unterschiedliche Größen aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, mehrere kleine Auslesechips 14 zu verwenden, welche durch die gute Planarität des keramischen Zwischensubstrats 12 mit einer sehr hohen Genauigkeit mit diesem verbunden werden können. Kleinere Auslesechips 14 weisen außerdem einen Kostenvorteil bei ihrer Herstellung auf, da aufgrund ihrer kleinen Fläche der Anteil an Chips, welche einen Materialdefekt aufweisen, geringer ausfällt als bei größeren Chips. Indem mehrere Sensorschichten 10 und Auslesechips 14 mit dem Substrat verbunden werden, kann zudem die Fläche des Detektormoduls 8 vergrößert werden.
  • Zum Aufbau des Röntgendetektors 5 werden mehrere Detektormodule 8 in φ- und in Z-Richtung nebeneinander angeordnet, wie dies aus 3 ersichtlich ist. Um eine hochgenaue Positionierung der einzelnen Module 8 zu ermöglichen, ohne das dabei die Sensorschichten 10 mechanisch beansprucht werden, ist die Fläche des Zwischensubstrats 12 in φ-Richtung und in Z-Richtung größer ausgestaltet, als die der Sensorschicht 10. Hierbei werden die Kanten der Zwischensubstrate 12 als Bezugskanten herangezogen, und die Detektormodule 8 zueinander auszurichten, ohne dabei die Sensorschicht 10 zu beschädigen.

Claims (17)

  1. Detektormodul (8) für einen Röntgendetektor (5), umfassend eine Sensorschicht (10), insbesondere aus einem Halbleiter-Direktkonverter-Material, sowie einen unterhalb der Sensorschicht (10) angeordneten Auslesechip (14), wobei zwischen der Sensorschicht (10) und dem Auslesechip (14) ein Zwischensubstrat (12) angeordnet ist, das zur Signalübertragung von der Sensorschicht (10) zum Auslesechip (14) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensubstrat (12) bei einer Draufsicht eine größere Fläche aufweist als die Sensorschicht (10) und der Auslesechip (14).
  2. Detektormodul (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweils zugewandten Seiten der Sensorschicht (10) und des Zwischensubstrats (12) sowie des Zwischensubstrats (12) und des Auslesechips (14) die gleiche Anzahl von elektrischen Kontakten (20, 22, 24, 26) für elektrische Verbindungen (18a, 18b, 18c) vorgesehen ist.
  3. Detektormodul (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen (18a, 18b, 18c) zwischen den Kontakten (20, 22, 24, 26) Lötverbindungen sind.
  4. Detektormodul (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lote (18a, 18b) an der Oberseite und an der Unterseite des Zwischensubstrats (12) unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.
  5. Detektormodul (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Eingangskontakten (22) an der Oberseite und die Anzahl von Ausgangskontakten (24) an der Unterseite des Zwischensubstrats (12) gleich sind.
  6. Detektormodul (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zwischensubstrat (12) das Signal von mehreren Eingangskontakten (22) auf einen Ausgangskontakt (24) zusammengefasst ist.
  7. Detektormodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensubstrat (12) aus einem keramischen Material mit eingebauten Metall-Leiterbahnen ausgebildet ist.
  8. Detektormodul (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensubstrat (12) aus einem dotieren Halbleitermaterial ausgebildet ist.
  9. Detektormodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterseite des Auslesechips (14) auf einem Träger (16) angelötet ist.
  10. Detektormodul (8) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (16) ein Kühlkörper ist.
  11. Detektormodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischensubstrat (12) eine Dicke (D2) zwischen 100 μm und 3 mm, insbesondere zwischen 100 μm und 1 mm aufweist.
  12. Röntgendetektor (5) umfassend mehrere aneinander angereihte Detektormodule (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Detektormodule (8) anhand ihrer Zwischensubstrate (12) zueinander ausgerichtet sind.
  13. Verfahren zum Aufbau eines Röntgendetektors (5) nach Anspruch 12, bei dem ein Detektormodul (8) mit folgenden Schritten aufgebaut wird: ein Auslesechip (14) wird mit einem Zwischensubstrat (12) verlötet, – der Auslesechip (14) wird mit einem Träger (16) verlötet, und – eine Sensorschicht (10) wird mit dem Zwischensubstrat verlötet dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Detektormodule (8) über ihre Zwischensubstrate (12) zueinander ausgerichtet werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlöten der Sensorschicht (10) mit dem Zwischensubstrat (12) bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt wird als das Verlöten des Auslesechips (14) mit dem Zwischensubstrat (12) und mit dem Träger (16).
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlöten der Sensorschicht (10) mit dem Zwischensubstrat (12) bei einer Temperatur zwischen 85°C und 185° durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlöten des Auslesechips (14) mit dem Zwischensubstrat (12) und mit dem Träger (16) bei einer Temperatur zwischen 140°C und 300°C durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der Auslesechip (14) mit dem Zwischensubstrat (12) mittels eines Hochtemperatur-Lötverfahrens verbunden wird, anschließend der Auslesechip (14) mit dem Träger (16) mittels eines Hochtemperatur-Lötverfahrens verbunden wird und schließlich die Sensorschicht (10) mit dem Zwischensubstrat (12) mittels eines Niedertemperatur-Lötverfahrens verbunden wird.
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