一种基于CMOS的X光数字图像传感器的制作方法

本实用新型属于X光数字图像传感器技术领域，具体涉及一种基于 CMOS的X光数字图像传感器。

背景技术：

采用CMOS图像采集芯片的数字化X光图像传感器正在广泛应用于工业无损检测、医疗诊断、安全检查、科学研究等领域。目前广泛应用的 CMOS的X光数字图像传感器，主要是采用在非晶碳基板、或铝基板、或光纤面板(Fiber Optic Plate、或简称FOP)上蒸镀碘化铯闪烁体材料，然后，将基板材料是非晶碳和铝基板的碘化铯闪烁体晶体薄膜面向CMOS 和CCD图像芯片进行接触式光学耦合从而制成X光数字图像传感器；或将基板是FOP的未蒸镀碘化铯闪烁体的光面面向CMOS和CCD图像芯片进行光学耦合从而制成X光数字图像传感器。此外，专利CN101916767 和CN102547150揭示了用镀有荧光材料的光纤锥与CMOS和CCD图像芯片进行接触式光学耦合，从而实现X光数字图像传感器。目前的这些传统的接触式耦合普遍存在耦合效率不均匀、不一致、重复性不好的问题。同时，夹在CMOS图像芯片与碘化铯闪烁体之间的封装薄膜造成图像分辨率下降。另外，目前的X光数字图像传感器没有进行彻底的阻隔保护，在腐蚀性气体、潮气等恶劣环境下易受腐蚀，影响传感器的使用寿命和稳定工作。

技术实现要素：

针对现有制备技术的缺陷和不足，本实用新型的目的是提供一种基于 CMOS的X光数字图像传感器，解决了现有的接触式光学耦合结构中固有的耦合不均匀、耦合效率低造成的图像品质问题，以及现有传感器对腐蚀性气体、潮气的阻隔性能差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种基于CMOS的X光数字图像传感器，包括掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜和光学反射薄膜；

所述的掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜设于CMOS图像传感器芯片的感光面上，所述的光学反射薄膜设于掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体膜上。

进一步的，所述的掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜的厚度为 100～400μm。

进一步的，所述的光学反射薄膜的厚度为20～50nm。

进一步的，还包括由电路板、CMOS芯片基底、CMOS图像传感器芯片、前置驱动电路、外围控制电路、柔性电缆和电缆构成的模组；

所述的外围控制电路的一端通过柔性电缆与前置驱动电路连接，外围控制电路的另一端通过电缆与用户接口连接。

进一步的，所述的模组表面设有防护膜。

进一步的，所述的防护膜为聚对二甲苯纳米级防护膜。

进一步的，所述的掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜和光学反射薄膜完全覆盖CMOS图像传感器芯片感光面的表面。

一种用于上述传感器的闪烁体晶体薄膜蒸镀用的掩盖装置，包括主体板，所述的主体板上设有凹槽，所述的传感器设于凹槽中，所述的主体板上连接有掩盖板，所述的掩盖板将除了CMOS图像传感器芯片的感光面之外的其他构件覆盖。

进一步的，还包括连接在主体板上的连接轴。

进一步的，所述的掩盖板和主体板可活动连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过在CMOS芯片的感光面上直接蒸镀微量掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体薄膜，可以实现碘化铯闪烁体薄膜与CMOS感光面的紧密的光学耦合，并且，光学耦合效率的一致性、均匀性都超过传统方式。

(2)本实用新型由于对图像传感器模组整体进行了纳米级防护镀膜，从而大大提高了对碘化铯闪烁体晶体薄膜的防水或防湿气保护性能；同时，对柔性电缆(FPC)与传感器芯片之间的绑定电连接进行了纳米级有效的抗腐蚀保护，从而大大提高了电连接部分金属电极的抗腐蚀能力，从而实现在恶略环境下正常工作的目标。

(3)本实用新型使用专用的闪烁体晶体薄膜蒸镀的掩盖装置，可以精确控制在芯片感光区域的镀膜尺寸，并遮挡其它区域不被蒸镀和保持洁净。

附图说明

图1为在CMOS感光面上直接镀覆有闪烁体晶体膜和光学反射膜的传感器模组。

图2为本实用新型传感器的整体结构示意图。

图3为将传感器安装在镀膜掩盖模具中的示意图。

图4为本实用新型传感器镀膜的过程示意图。

附图中各标号的含义：1-电路板，2-CMOS芯片基底，3-CMOS图像传感器芯片，4-掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体膜，5-光学反射膜，6-前置驱动电路，7-外围控制电路，8-柔性电缆，9-电缆，10-用户接口，11- 纳米级防护膜，12-主体板，13-凹槽，14-掩盖板，15-连接轴，16-外壳， 17-开口，18-碘化铯蒸发源，19-碘化铊蒸发源。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本实用新型的X光数字图像传感器中的掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜4和光学反射薄膜5的镀覆过程为：在CMOS图像芯片的感光面上用物理气象沉积(PVD)方式直接蒸镀微量掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜，从而使CMOS图像芯片能够采集X光图像；然后，在微量掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜上通过PVD的方法蒸镀金属氧化物反光薄膜(比如氧化镁、二氧化钛、硫酸钡等)，从而提高在碘化铯闪烁体中由X光激发的可见光光子向CMOS图像芯片感光区的传输率，提高基于CMOS的X光图像传感器的光感应灵敏度；通过柔性电缆8(FPC 和COF)将已经蒸镀了碘化铯闪烁体的CMOS图像芯片与外围驱动电路、读出电路、和控制电路进行电连接构成模组；柔性电缆8可以是不带集成电路芯片的FPC，也可以是贴有集成电路芯片的COF。

将完成的X光图像传感器模组通过化学气相沉积(CVD)方法蒸镀聚对二甲苯纳米级防护薄膜；将蒸镀纳米级防护膜的模组组装进具有密封设计的外壳16中，外壳防水，外壳上设有开口17，将用户接口10设在开口17处。从而实现整个X光数字图像传感器的防水能力和防腐蚀性气体的能力。

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1至图2所示，本实施例给出一种基于CMOS的X光数字图像传感器，在电路板1上绑定CMOS芯片基底2、CMOS图像传感器芯片3 和前置驱动电路6；在CMOS图像传感器芯片3的感光面上直接蒸镀掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜4，该掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜4上蒸镀光学反射薄膜5；外围控制电路7的一端通过柔性电缆8与前置驱动电路6连接，外围控制电路7的另一端通过电缆9与用户接口10 连接。

其中，掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体膜4的厚度为100～400μm；光学反射膜5的厚度为20～50nm。

电路板1、CMOS芯片基底2、镀覆有闪烁体晶体膜和光学反射膜的 CMOS图像传感器芯片3、前置驱动电路6、外围控制电路7、柔性电缆8 和电缆9构成模组，在模组表面镀有聚对二甲苯纳米级防护膜11。

实施例2

如图3所示，本实施例给出一种实施例1中的X光数字传感器的闪烁体晶体薄膜蒸镀用的掩盖模具装置，该装置包括主体板11和连接在主体板12上的连接轴15，主体板11上设有凹槽13，传感器设于凹槽13中，主体板12上连接有掩盖板14，掩盖板14和主体板12可活动连接，方便拆卸掩盖板14和被镀膜的芯片，掩盖板14的开口尺寸与传感器中的芯片感光区3的尺寸吻合，同时将除了传感器芯片感光面3之外的其他构件遮盖。连接轴15安装在镀膜真空设备的转动电机机械接口上，在镀膜过程中由电机带动连接轴15做转动，从而使CMOS的镀膜区域在碘化铯闪烁体薄膜镀膜过程中连续做连续自转运动。

实施例3

本实施例给出一种实施例1中的X数字传感器制备过程：

将CMOS芯片2、3及其电路板1安装进镀膜掩盖模具主体板12的凹槽13中，然后，安装镀膜模具掩盖板14，并确保掩盖板14的开口与芯片感光面3的尺寸一致，掩盖板14应完全遮挡除芯片感光面3之外的表面，最后，将安装好芯片2、3及其电路板1的镀膜掩盖模具主体板12 通过连接轴15安装进PVD真空镀膜腔体内转动电机的机械接口上，如图 4所示，18是碘化铯蒸发源，其中装有纯度达到99.999％碘化铯粉状原材料，19是碘化铊蒸发源，其中装有纯度达到99.999％的碘化铊粉末原材料，蒸发源18和19的蒸发温度分别由各自的控制驱动器独立控制。掩盖装置由连接轴15带动做连续自转运动。在PVD镀膜过程中，碘化铊在碘化铯中的掺杂比例和镀膜速率由蒸发源18和19的温度独立控制，温度控制精度需要达到±2℃。在CMOS图像传感器芯片3的感光区上蒸镀100～400 微米厚度的微量掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜。

在完成微量掺杂碘化铊的碘化铯闪烁晶体薄膜蒸镀后，将采用PVD 方式在碘化铯闪烁体薄膜上表面蒸镀光反射膜。反射膜厚度控制在 20～50nm。至此，器件已经有能力采集X光数字图像。

由于碘化铯在环境湿度作用下会发生潮解，因此，必须对碘化铯闪烁体晶体薄膜进行防潮封装，首先将完成的器件通过柔性电缆8与CMOS 外围控制电路7连接，外围控制电路7与用户接口10之间通过屏蔽电缆 9连接，用户接口10采用防水密封电连接插口。至此，形成可以进行实时采集X光数字图像的模组。

将模组放入真空腔体内，通过CVD方式蒸镀聚对二甲苯纳米级防护薄膜。在CVD蒸镀系统中，腔体保持在室温。将模组放入腔体后开始抽真空，当真空度达到可镀膜的要求时，开始从气体入口导入聚对二甲苯气体，开始对模组进行CVD蒸镀，由于用户接口10采用防水接口，在CVD 蒸镀过程中对其实施保护处理，不在用户接口10上蒸镀。由于聚对二甲苯气体分子的迁移率极高，在CVD过程中，形成的薄膜厚度在模组的每个表面、每个拐角处都保持相同的厚度，即：薄膜将按照被镀膜表面形态变化形成厚度均匀一致的纳米级防护薄膜11，而且，防护薄膜11的结构致密，对气体、液体有非常强的阻隔作用。

将镀有纳米级防护薄膜11的模组安装进具有防水设计的外壳16后形成新型基于CMOS的X光数字图像传感器。用户接口10与开口17的连接部分使用防水橡胶垫圈，从而实现传感器与外界环境的彻底隔离。

以上的实施方案，可用于制作不同尺寸的基于CMOS图像芯片的X 光数字图像传感器。其中，微量掺杂碘化铊的碘化铯闪烁体晶体薄膜应根据具体应用采用不同的厚度。