辐射探测器元件的制作方法

文档序号:8287742阅读:231来源:国知局
辐射探测器元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及辐射探测器元件和构造辐射探测器元件的方法。本发明还涉及包括至少一个辐射探测器元件的成像系统。此外,本发明涉及横向附接方法。
【背景技术】
[0002]用于探测诸如X射线或可见光的电磁辐射的探测器被使用在许多应用中,包括医学和安全成像、天体物理学以及照相机。美国专利7968853中公开了辐射探测器的一个范例。其中描述的所谓“双层探测器”包括面向X射线源的层叠的闪烁体的二维阵列。光电二极管的有源区域被光学地耦合到层叠的闪烁体。光电二极管和闪烁体关于基板被横向地取向,所述基板通常与专用集成电路(ASIC)和输出电子器件连接。
[0003]光电二极管由基板通过电导的连接来支撑。这要求与足够的机械强度相结合的高精确度。公知的连接包括被附接到光电二极管的金属钉(通常是一系列层叠的柱状凸起),所述光电二极管穿透到基板上的导电粘合剂的沉积层中。然而,已经证明,使用该构造方法来构造足够准确且可靠的连接是一种挑战,所述连接是在机械上坚固的和/或没有接触不良、打开和短路的,同时维持足够的柔性以承受机械应力、热应力以及旋转应力。
[0004]这些问题也常常与其他(微)电或(微)机械的应用一起遇到,其中,零件需要被可靠地固定在关于彼此的横向取向上。

【发明内容】

[0005]本发明提供了一种辐射探测器元件,所述辐射探测器元件包括:至少一个光电二极管,其具有沿着第一主轴延伸的第一主表面;和探测器元件基板,其具有沿着关于所述第一主轴被横向地取向的第二主轴延伸的第二主表面,其中,所述光电二极管通过至少一个连接与所述探测器元件基板电接触,其中,所述连接包括两个熔合的焊球,其中,所述两个熔合的焊球中的每个的第一个接触所述光电二极管,并且所述两个熔合的焊球中的每个的第二个接触所述探测器元件基板。这样的辐射探测器元件被结实地构造,其中,所述光电二极管利用电学上可靠且机械上结实而又足够柔性的连接横向地连接到所述探测器元件。
[0006]在本发明的辐射探测器元件的实施例中,光电二极管的第一主轴关于探测器元件基板的第二主轴基本上被垂直取向。根据本发明的辐射探测器元件的实施例,第一主表面位于第一平面中,并且第二主表面位于第二平面中,其中,第一平面和第二平面关于彼此被横向地对准。在本发明的辐射探测器元件的其他实施例中,包括被耦合到光电二极管的闪烁材料,其中,所述闪烁材料优选地包括两个层叠的闪烁层。本发明的辐射探测器元件的另一实施例包括被耦合到光电二极管的辐射屏蔽元件,优选地包括钨的屏蔽元件。在本发明的辐射探测器元件的另一实施例中,包括至少32个连接,优选地包括至少36个连接,并且包括至少16个光电二极管。这些实施例单独地或组合地类似于公知的辐射探测器元件,但是具有光电二极管与探测器元件基板之间的改进的连接。在本发明的辐射探测器元件的另一实施例中,第一焊球和/或第二焊球的成分包括铋,优选为铋-锡合金。具有该成分的焊球是特别适合的,这是因为该成分具有相对低的熔化温度,使得在制造或处理期间对熔化焊球暴露的操作温度或高温能够保持尽可能地低,从而使周围的材料和结构不退化,并且降低能源成本。此外,能够通过改变铋含量来获得所期望的机械强度。甚至更优选地,铋-锡合金将为铋-锡-铟合金,这是因为铟甚至更能降低熔化温度。
[0007]本发明还指向根据本发明的包括至少一个辐射探测器元件的医学成像设备。所述医学成像设备可以是计算机断层摄影设备。这样的医学成像设备具有更加可靠的探测器元件,这可以降低构造成本和将来可能的维修或更换成本或延长设备的寿命。
[0008]本发明还指向一种用于构造辐射探测器的方法,所述辐射探测器包括:至少一个光电二极管,其具有沿着第一主轴延伸的第一主表面;和探测器元件基板,其具有沿着第二主轴延伸的第二主表面;所述方法包括以下步骤:将第一焊球应用于所述光电二极管的所述第一主表面;将第二焊球应用于所述探测器元件基板的所述第二主表面;压扁所述第一焊球和/或所述第二焊球;定位所述光电二极管,使得所述第一主轴关于所述第二主轴以角度α被横向地取向,其中,所述第一焊球和所述第二焊球关于彼此被邻近地放置,使得所述第一焊球在加热后膨胀时将湿润所述第二焊球;将所述第一焊球和所述第二焊球加热到高于所述第一焊球和所述第二焊球的熔点的温度。该方法提供了一种被结实地构造的辐射探测器元件,其中,所述光电二极管利用电学上可靠且机械上坚固而又足够柔性的连接横向地连接到所述探测器元件。
[0009]用于构造辐射探测器的方法的实施例包括将闪烁层和/或屏蔽层应用于光电二极管以产生类似于公知的辐射探测器元件的光电二极管,但是具有光电二极管与探测器元件基板之间的改进的连接。在用于构造辐射探测器的方法的其他实施例中,角度α在80°与90°之间,优选地在85°与90°之间,更优选地在89°与90°之间,并且最优选地在89.5°与90°之间。通过偏置角度α,归因于加热的焊球的收缩被考虑,以达到根据本发明的辐射探测器元件的优选实施例的关于探测器元件基板几乎完全垂直对准的光电二极管。
[0010]本发明还指向一种将第一零件横向地附接到第二零件的方法,其中,所述第一零件具有沿着第一主轴延伸的第一主表面,并且所述第二零件具有沿着第二主轴延伸的第二主表面;所述方法包括以下步骤:将第一焊球应用于所述第一零件的所述第一主表面;将第二焊球应用于所述第二零件的所述第二主表面;压扁所述第一焊球和/或第二焊球;定位所述第一零件,使得所述第一主轴关于所述第二主轴以角度α被横向地取向,其中,所述第一焊球和所述第二焊球关于彼此被邻近地放置,使得所述第一焊球在加热后膨胀时将湿润所述第二焊球;将所述第一焊球和所述第二焊球加热到高于所述第一焊球和所述第二焊球的熔点的温度。利用该方法,利用电学上可靠且机械上坚固而又足够柔性的连接可以将两个零件关于彼此被横向地结实地附接。
[0011]在两种主要方法的实施例中,压扁第一焊球和/或第二焊球的步骤包括压制第一焊球和/或第二焊球,优选地以低于第一焊球和/或第二焊球或者要被压制的焊球的熔化温度的温度处进行加热压制。以环境温度与刚刚低于焊球的熔化温度之间的温度进行压制产生对周围的材料和结构较少的热负荷的压扁步骤。如果压制发生在升高的温度下(但低于焊球的(一个或多个)熔化温度),则压制能够以较低的机械强度来完成,这减少了归因于压制的可能的损坏风险。在两种主要方法的其他实施例中,第一焊球和第二焊球具有小于500微米,优选地近似为300微米的直径。可以很容易获得具有这样的直径的商业可获得的焊球。在两种主要方法的其他实施例中,加热步骤包括激光加热。这允许对焊球进行精确的、局部的以及很好定时的加热而使尽可能少的热量暴露于周围的材料和结构。在两种主要方法的其他实施例中,存在至少两个第一焊球和至少两个第二焊球,所述至少两个第一焊球和至少两个第二焊球在加热步骤中被同时加热。这允许快速地处理并且减少通过时间。
[0012]在两种主要方法的其他实施例中,焊球可以被压扁到原始焊球直径的大约三分之一。这允许在必要的压制条件与在加热
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