DE10332333A1 - Detektormodul - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Detektormodul (1) mit einer Vielzahl von Detektorelementen, die jeweils mit einem ersten Kontaktpunkt (5) versehen sind, und einer zweiten Kontaktpunkte aufweisenden Schaltungsplatine (9). Um eine größere Anzahl von Detektorelementen bei mindestens gleich bleibendem Bauraum mit der Schaltungsplatine (9) elektrisch verbinden zu können, sind die ersten (5) und die zweiten Kontaktpunkte in einem deckungsgleichen Raster angeordnet und mittels eines elektrischen Elastomerverbinders (6) elektrisch verbunden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Detektormodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner einen Detektor, insbesondere für einen Röntgen-Computertomografen.
- Solche Detektormodule werden beispielsweise in Detektoren für Röntgen-Computertomografen verwendet. Dabei werden einfallende Röntgenstrahlen durch einen Szintilhator in Fotonen umgewandelt. Eine Fotodiode konvertiert die Fotonen in ein elektrisches Signal. Der Szintillator und die Fotodiode sind in einem Detektorelement zusammengefasst. Das Detektorelement ist mit einer Auswerteelektronik verbunden, welche die analogen elektrischen Signale in entsprechende digitale Signale umwandelt. Eine Vielzahl von Detektorelementen sind in einem Detektormodul zusammengefasst. Je größer die Anzahl und je kleiner die Größe der Detektorelemente in einem Detektormodul ist, umso besser sind die Qualität und die Leistungsfähigkeit der Detektormodule und der mit ihnen ausgestatteten Detektoren. Deshalb geht der Trend dahin, in einem Detektormodul die Anzahl der Detektorelemente zu erhöhen. Da jedes Detektorelement mit der nachgeschalteten Auswerteelektronik verbunden werden muss, muss bei einer Erhöhung der Anzahl der Detektorelemente auch gleichzeitig die Anzahl der Kontakte in Steckverbindern zur Verbindung der Detektorelemente mit der Auswerteelektronik zunehmen. Handelsübliche Steckverbinder haben jedoch eine begrenzte Anzahl von Kontakten, so dass eine Erhöhung der Kontaktzahl in der Regel nur durch die Verwendung von mehreren Steckverbindern möglich ist. Dies führt aber zu Problemen bezüglich der exakten Ausrichtung der Stecker zueinander, und erfordert einen erhöhten Platzbedarf für die Steckverbindergehäuse.
- Die
DE 197 28 237 A1 beschreibt einen strahlenelektrischen Wandler. Dabei ist eine auf dem Fotodiodenchip vorgesehene Kontaktschicht mit dem Szintillator mittels einer mit der Kontaktschicht in Berührung stehenden und auf dem Szintillator angebrachten Kontaktbahn verbunden. Über Verbindung des Fotodiodenchips mit der nachgeschalteten Auswerteelektronik ist in derDE 197 28 237 A1 nichts ausgesagt. - Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine elektrische Verbindung einzelner Detektorelemente mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik angegeben werden, welche eine Kontaktierung einer großen Anzahl von Detektorelementen und bei mindestens gleichem Platzbedarf ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13.
- Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten und die zweiten Kontaktpunkte in einem deckungsgleichen Raster angeordnet und mittels eines elektrischen Elastomerverbinders elektrisch verbunden sind. Die Verwendung des elektrischen Elastomerverbinders ermöglicht bei einem minimalen Platzbedarf eine Kontaktierung einer großen Anzahl von Detektorelementen. Es können die platzraubenden Steckverbindergehäuse entfallen. Da auf die bisher verwendeten elektrischen Steckverbinder verzichtet werden kann, entfallen auch die aufwändigen Lötarbeiten. Statt bei einer steigenden Anzahl von Detektorelementen mehrere Steckverbinder verwenden zu müssen, kann die elektrische Verbindung der Detektorelemente mit der Auswerteelektronik durch eine einzige hochpolige Verbindung hergestellt werden. Der erfindungsgemäße elektrische Elastomerverbinder ist gegenüber den bisher verwendeten elektrischen Steckverbindern äußerst kostengünstig.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der elektrische Elastomerverbinder zueinander parallel angeordnete elektrisch leitende Strukturen aufweisen. Solche parallel angeordneten elektrisch leitenden Strukturen sind zweckmäßigerweise Golddrähte. Die Golddrähte können in ein plattenförmiges Elastomersubstrat eingearbeitet sein. Die Golddrähte können einen Durchmesser von 50 Mikrometern aufweisen. Damit kann ein sehr kleiner Abstand der Golddrähte zueinander und eine gute elektrische Leitfähigkeit realisiert werden. Es sind Abstände von unter 0,05 Millimetern zwischen den einzelnen Golddrähten möglich. Es lässt sich eine große Anzahl von Verbindungskontakten auf engstem Raum realisieren.
- Alternativ ist es auch möglich, dass die elektrischen Elastomerverbinder Lagen aus elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Abschnitten aufweisen. Elektrisch leitende Abschnitte können z. B. mit Grafit als Leiter versehen sein. Derartige elektrische Elastomerverbinder können serienmäßig in großer Stückzahl bei günstigen Stückzahlpreisen hergestellt werden.
- Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der elektrische Elastomerverbinder in einem Positionierrahmen zwischen einer die Detektorelemente aufnehmenden Modulplatine und der Schaltungsplatine aufgenommen. Der Positionierrahmen dient der Positionierung des elektrischen Elastomerverbinders zwischen der Modulplatine und der Schaltungsplatine, so dass die elektrisch leitenden Strukturen des elektrischen Elastomerverbinders mit den miteinander zu verbindenden Kontakten zuverlässig verbunden werden. Ferner dient der Positionierrahmen zur Fixierung des Elastomerverbinders, damit dieser seine Position auch bei Erschütterungen oder Stößen beibehält. Außerdem dient der Positionierrahmen als Abstandshalter. Damit wird bei der Montage des Detektormoduls eine zu starke Komprimierung des Elastomerverbinders vermieden.
- Vorzugsweise weist der Positionierrahmen Öffnungen und/oder Positionierstifte zum Ineinanderstecken mit an der Modulplatine und an der Schaltungsplatine angebrachten Positionierstiften und/oder Öffnungen auf. Durch die Öffnungen und Posi tionierstifte kann der Positionierrahmen exakt zur Modulplatine und zur Schaltungsplatine ausgerichtet werden, um eine zuverlässige Kontaktierung zwischen dem Elastomerverbinder und den Kontakten auf der Modulplatine und zwischen dem Elastomerverbinder und den Kontakten auf der Schaltungsplatine sicherzustellen.
- Der Positionierrahmen kann zweckmäßigerweise mit der Modulplatine und der Schaltungsplatine verschraubt und/oder durch Schnappverbindungen verbunden werden. Durch die Verschraubung und/oder die Schnappverbindung wird eine notwendige Vorspannkraft, mit welcher der Elastomerverbinder in seiner gewünschten Position gehalten wird, sichergestellt.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung kann auf der Schaltungsplatine zumindest ein integrierter Schaltkreis aufgenommen sein. Es kann sich dabei um einen anwendungsspezifisch integrierten Schaltkreis, einen so genannten ASIC handeln, wobei die Abstände der ersten und zweiten Kontaktpunkte im Raster 0,2 bis 0,8 Millimeter, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Millimeter, betragen können. Durch die genaue Abstimmung der Rasterteilung zwischen Modulplatine und Schaltungsplatine ist eine sichere elektrische Verbindung durch den Elastomerverbinder möglich, insbesondere, wenn die Golddrähte im Elastomerverbinder parallel angeordnet sind.
- Zur Lösung der Aufgabe ist ferner ein Detektor, insbesondere für einen Röntgen-Computertomografen, vorgesehen, der eine Vielzahl von Detektormodulen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist. Somit kann der Detektor zukünftig Detektormodule mit erhöhter Qualität und erhöhter Leistungsfähigkeit aufnehmen, wodurch automatisch die Qualität und die Leistungsfähigkeit des Detektors gesteigert wird.
- Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Detektormoduls; -
2 eine perspektivische Darstellung des zusammengebauten Detektormoduls aus1 und -
3 eine Seitenansicht auf das zusammengebaute Detektormodul aus2 . - Die
1 bis3 zeigen ein Detektormodul1 . Das Detektormodul1 weist eine Szintillatoranordnung2 und eine Fotodiodenanordnung3 auf. Jeder Szintillator der Szintillatoranordnung2 und jede einem der Szintillatoren zugeordnete Fotodiode der Fotodiodenanordnung3 bilden zusammen ein Detektorelement. Die Fotodiodenanordnung3 ist mit ihrer aktiven Seite der Szintillatoranordnung2 zugewandt. Die Szintillatoranordnung2 wandelt einfallende Röntgenstrahlen in Licht, welches von der Fotodiodenanordnung3 in elektrische Signale umgewandelt wird. Die Fotodiodenanordnung3 wird zusammen mit der auf ihr angebrachten Szintillatoranordnung2 auf einer Modulplatine4 angeordnet. Die Modulplatine4 ist mit einer Vielzahl von ersten Kontaktpunkten5 versehen. Die Anzahl der ersten Kontaktpunkte5 entspricht genau der Anzahl der Detektorelemente, die mittels einer die Platine durchgreifenden Durchkontaktierung elektrisch mit den ersten Kontaktpunkten5 verbunden sind. Ein elektrischer Elastomerverbinder6 wird mittels eines Positionierrahmens7 zwischen der Modulplatine4 und einer eine Auswerteelektronik8 aufnehmenden Schaltungsplatine9 angeordnet. Auf der in den1 bis3 nicht sichtbaren Seite der Schaltungsplatine9 befinden sich ebenfalls hier nicht gezeigte zweite Kontaktpunkte, die mit den ersten Kontaktpunkten5 durch den elektrischen Elastomerverbinder6 zu verbinden sind. Die ersten5 und die zweiten Kontaktpunkte sind im selben Raster angeordnet. Die durch die Kontaktpunkte gebildeten Raster sind deckungsgleich. Der Elastomerverbinder6 weist eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter Golddrähte mit einem Durchmesser von höchstens 50 Mikrometer auf. - Die Golddrähte sind parallel zur kürzesten Kante des Elastomerverbinders
6 angeordnet, d. h. sie stehen senkrecht zu einer Auflagefläche des Elastomerverbinders6 . Die Golddrähte werden bei der Montage des Elastomerverbinders6 zwischen der Modulplatine4 und der Schaltungsplatine9 an den entsprechenden miteinander zu verbindenden Kontaktpunkten in Verbindung gebracht. Der Positionierrahmen7 positioniert den Elastomerverbinder6 exakt in die gewünschte Position auf die ersten Kontaktpunkte5 und auf die zweiten Kontaktpunkte. Um diese Positionierung sicher realisieren zu können, weist der Positionierrahmen7 Positionierstifte10 auf, die in Positionieröffnungen11 und12 bei der Montage des Detektormoduls1 ineinander greifen. Ferner weist der Positionierrahmen7 Schnapphaken13 auf, die in entsprechend vorgesehene Öffnungen14 bei der Montage des Detektormoduls1 einschnappen. Außerdem kann das Detektormodul1 mit hier nicht näher dargestellten Schrauben, die in Öffnungen15 ,16 und17 eingeschraubt werden können, zusammengehalten werden. Dabei sorgen die Schnapp- und die Schraubverbindung für eine Vorspannkraft, die den Elastomerverbinder6 in seiner gewünschten Position hält. Damit der Elastomerverbinder6 durch die Vorspannkraft nicht unzulässig stark komprimiert wird, hat der Positionierrahmen7 gleichzeitig die Funktion eines Abstandshalters. Die Schaltungsplatine9 weist einen überstehenden Bereich18 auf, auf dem die Auswerteelektronik8 angeordnet ist. Durch die Anordnung der Auswerteelektronik8 auf dem überstehenden Bereich18 , soll die Auswerteelektronik8 vor einer auf die Detektorelemente1 auftreffenden Röntgenstrahlung geschützt werden. - Die mittels der Auswerteelektronik
8 digitalisierten Signale werden über einen konventionellen Steckverbinder19 an die Systemelektronik weitergeleitet.
Claims (14)
- Detektormodul (
1 ), mit einer Vielzahl von Detektorelementen, die jeweils mit einem ersten Kontaktpunkt (5 ) versehen sind, und einer zweite Kontaktpunkte aufweisenden Schaltungsplatine (9 ), dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (5) und die zweiten Kontaktpunkte in einem deckungsgleichen Raster angeordnet und mittels eines elektrischen Elastomerverbinders (6 ) elektrisch verbunden sind. - Detektormodul (
1 ) nach Anspruch 1, wobei der elektrische Elastomerverbinder (6 ) zueinander parallel angeordnete elektrisch leitende Strukturen aufweist. - Detektormodul (
1 ) nach Anspruch 2, wobei die parallel angeordneten elektrisch leitenden Strukturen Golddrähte sind. - Detektormodul (
1 ) nach Anspruch 3, wobei die Golddrähte in ein plattenförmiges Elastomersubstrat eingearbeitet sind. - Detektormodul (
1 ) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Golddrähte einen Durchmesser von höchstens 50 Mikrometern aufweisen. - Detektormodul (
1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Golddrähte zueinander einen Abstand von unter 0,05 Millimetern aufweisen. - Detektormodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Elastomerverbinder (6 ) Lagen aus elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Abschnitten aufweist. - Detektormodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Elastomerverbinder (6 ) in einem Positionierrahmen (7 ) zwischen einer die Detektorelemente aufnehmenden Modulplatine (4 ) und der Schaltungsplatine (9 ) aufgenommen ist. - Detektormodul (
1 ) nach Anspruch 8, wobei der Positionierrahmen (7 ) Öffnungen und/oder Positionierstifte (10 ) zum Ineinanderstecken mit an der Modulplatine (4 ) und an der Schaltungsplatine (9 ) angebrachten Öffnungen (11 ,12 ) und/oder Positionierstiften (10 ) aufweist. - Detektormodul (
1 ) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Positionierrahmen (7 ) mit der Modulplatine (4 ) und der Schaltungsplatine (9 ) verschraubt ist. - Detektormodul (
1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Positionierrahmen (7 ) mit der Modulplatine (4 ) und der Schaltungsplatine (9 ) durch Schnappverbindungen verbunden ist. - Detektormodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Schaltungsplatine (9 ) zumindest ein integrierter Schaltkreis aufgenommen ist. - Detektormodul (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstände der ersten (5 ) und zweiten Kontaktpunkte im Raster 0,2 bis 0,8 Millimeter, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Millimeter, betragen. - Detektor, insbesondere für einen Röntgen-Computertomografen, wobei er eine Vielzahl von Detektormodulen (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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