用于制造辐射探测器模块的方法和辐射探测器模块与流程

本发明涉及一种用于制造辐射探测器模块的方法和用该方法制造的尤其用于x射线探测器的辐射探测器模块，以及一种具有这种辐射探测器模块的辐射探测器和(医学技术)成像系统，尤其计算机断层扫描系统(ct系统)，血管造影系统，射线照相系统或用于乳房摄影术合成的系统。此外本发明涉及一种用于辐射探测器模块的替换件。

背景技术：

1、辐射探测器用于许多成像应用中。辐射探测器，尤其x射线探测器例如用于医学成像中的计算机断层扫描，以生成患者的检查区域的断层x射线图像。

2、在成像中，例如在计算机断层扫描，血管造影或射线照相中，可以使用计数的直接转换式探测器或积分的间接转换式探测器。x射线辐射或光子可以在直接转换式探测器中通过合适的转换材料转换成电脉冲。作为转换材料例如可以使用cdte、碲锌镉(czt)、cdzntese、cdte-se、cdmnte、inp、tlbr2、hgi2、gaas或其他材料。电脉冲可以由评估单元的例如集成电路(application specific integrated circuit，asic)形式的电子电路评估。在计数的探测器中，入射的x射线辐射可以通过对由x射线光子在转换材料中的吸收而触发的电脉冲的计数来测量。电脉冲的高度此外通常与吸收的x射线光子的能量成比例。由此可以通过将电脉冲的高度与阈值进行比较来提取光谱信息。在间接转换式探测器中，x射线辐射或光子可以通过合适的转换材料转换成光并通过光耦合的光电二极管转换成电脉冲。作为转换材料通常使用闪烁体例如gos(gd2o2s)、csj、ygo或lutag。产生的电信号继续通过具有电子电路的评估单元继续处理。

3、在辐射探测器的结构中的一个基本挑战是排出所产生的热量，既包括在转换器本身内部也包括在评估单元中产生的废热。单个评估单元或者说传感器的废热例如可以在1-2瓦的数量级内。通常，通过吹入冷却空气对探测器整体冷却来进行散热。

4、为了通过空气流有效排出废热，上述结构通常与冷却体连接。通过冷却体在传感器的功能性部件上的热连接，例如通过导热膏或能导热的粘合剂，废热从传感器或asic进入金属冷却体(通常是铝)、排出到空气流中。

5、热连接本身可以保证冷却体的固定或附加的粘合，例如通过uv粘接点的粘接，这些uv粘接点也可以是用于导热粘合剂的预固定。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种用于制造辐射探测器模块的方法和这样制造的辐射探测器模块，其克服现有技术的缺点并且在尽可能温和的制造下允许较好的散热。此外本发明要解决的技术问题是提供一种具有这种辐射探测器模块的辐射探测器和(医学技术)成像系统，尤其计算机断层扫描系统、血管造影系统、射线照相系统或用于乳房摄影术合成的系统。本发明要解决的技术问题还在于提供一种用于辐射探测器模块的替换件(或称为备用件)。

2、该技术问题通过按照权利要求1的方法，按照权利要求7的辐射探测器模块，按照权利要求12的辐射探测器，按照权利要求13的成像系统和按照权利要求14的用于辐射探测器模块的替换件解决。

3、根据本发明的方法用于制造辐射探测器模块。辐射探测器模块包括传感器组件和散热组件。传感器组件在此是用于测量的功能性组件并且通常包括用于将辐射转换为电信号的转换器单元，例如闪烁体和光电二极管，通常是中间层和一定数量评估单元(通常是asic)。散热组件的特点是其具有相对较大的表面，该表面可用于散热，例如通过向液体或空气流辐射或释放而散热。优选的散热组件是冷却体或载体单元。载体单元优选包括电路板材料和电线(印制导线)，所述电线用于传递一定数量评估单元的数据和用于供应能量。

4、该方法包括以下步骤：

5、-在传感器组件和散热组件之间布置反应式多层系统(“rms”)，

6、-将传感器组件和散热组件叠放(尤其叠压)，

7、-激活反应式多层系统以便在传感器组件和散热组件之间实现rms连接。

8、反应式多层系统(rms)在现有技术中是已知的并且包括两个(或更多)交替的薄金属的膜或层。在此，称为“反应层”的层(优选含有铝，钛，镍或非晶硅)和称为“钎焊层”的层(优选含有金，铜，铝，钛或金属玻璃)交替。材料在此必须不同并且必须选择成，在通过电脉冲、压力、温度升高或激光脉冲激活时，在多层系统中进行自传播的放热反应。由于周围的材料暴露在低温下，对温度敏感的构件和材料，例如金属、聚合物和陶瓷，可以在没有热损伤的情况下导热地连接在一起。产生的热量定位在结合界面上并通过毫秒内的短暂加热阶段限制。该低热量是一个优点。它防止只忍受很少热量的传感器组件如碲化锌或碲化镉暴露在高温下和实现快速的冷却。这些层的厚度在纳米范围内。

9、反应性多层系统的布置(排布)可以设计得相当简单，例如以从膜切割或冲裁的形式(多个rms的激活在更高的压力下进行)，其设置在传感器组件和散热组件之间，但也可以是非常精确和结构化的，例如通过将这些层直接溅射或蚀刻到传感器组件和/或散热组件上。

10、为了良好的连接，现在必须将传感器组件和散热组件连同布置在中间的rms叠放在它们以后应相互连接的位置中。对于尽可能牢固的连接有利的是，传感器组件和散热组件(例如)被叠压，但压力应确定为不损坏组件。基本上将传感器组件连同位于中间的rms放置在散热组件上并在此保持不动就足够了。也可以例如通过uv粘接点进行组件预固定。

11、如上所述，激活可以通过升温、压力或激光脉冲实现。然而所有这些方法都可能热或机械损伤传感器组件。因此特别优选通过电流脉冲实现激活。为此仅需在rms一侧上的两个点处施加电流，使得此处发生反应。因为是放热反应，所以rms从该位置出发反应完全，直到rms连接代替rms。即使在rms连接中rms的层已经相互反应，例如在电子显微镜下或光谱检查中的切面图中也可以确定rms连接与传统的粘接不同。rms连接不仅用于将传感器组件固定在散热组件上，还用于在这些组件之间实现热接触。

12、根据本发明的辐射探测器模块通过根据本发明的方法制造并且包括传感器组件和散热组件，通过上述rms连接将传感器组件和散热组件相互连接。

13、根据本发明的辐射探测器包括多个并排布置的根据本发明的辐射探测器模块。它们完全可以通过rms连接安设到公共的冷却体或公共的载体单元上。

14、本发明的(医学技术)成像系统优选是ct系统、血管造影系统、乳房摄影术成像系统(或mammo-tomo合成系统)或射线照相系统，并且包括根据本发明的辐射探测器(因此也包括多个根据本发明的辐射探测器模块)和相对于辐射探测器对置的辐射源，其设计成照射辐射探测器。所建议的成像系统的优点基本上与辐射探测器模块的优点一致。在此提到的特征、优点或者备选的实施方式同样也可以转移到成像系统上并且反之亦然。

15、成像系统优选设计为计算机断层扫描设备。在其他设计方案中成像系统也可以是其他的成像系统并且尤其是基于x射线辐射的成像系统。然后辐射源可以尤其设计成x射线源，其中，辐射探测器设计成探测x射线辐射。例如成像系统可以是c型臂x光设备或乳房摄影照相设备或者用于射线照相的x光成像系统。

16、根据本发明的用于根据本发明的(也是在根据本发明的辐射探测器或者说在根据本发明的成像系统中的)辐射探测器模块的替换件包括传感器组件和在传感器组件的设成与辐射探测器模块的散热组件连接的那侧上的反应式多层系统。反应式多层系统可以尤其通过一定数量粘接点固定在传感器组件上。

17、在其中多个辐射探测器模块安装在一个共同(公共)的冷却体上的辐射探测器的情况中，可以简单地拆卸损坏的辐射探测器模块，移除其rms连接的可能有的残留物，并简单地将替换件放置在冷却体上，并且然后激活。由此，替换件导热地与冷却体连接并产生根据本发明的辐射探测器模块。因此可以以简单的方式维修辐射探测器。

18、此外，从从属权利要求以及下面的描述中得到本发明特别有利的设计方案和改进设计，其中，一个权利要求类别的权利要求也可以与相对另一个权利要求类别的权利要求和说明部分类似地改进，并且尤其不同的实施例或变型设计的个别特征也可以组合成新的实施例或变型设计。

19、根据优选实施方式，散热组件是冷却体，传感器组件包括载体单元、尤其电路板，其上布置有用于信号传递和能量供应的印制导线。所述载体单元优选具有一定数量实心材料芯，实心材料芯延伸穿过载体单元的厚度并且呈现为载体材料的顶侧和底侧之间的热通道。反应式多层系统优选至少布置在冷却体和载体单元之间，使得在激活多层系统之后冷却体和载体单元通过rms连接部相互连接。根据应用有利的是，反应式多层系统布置在评估单元和载体单元之间，使得在多层系统激活后，评估单元和载体单元通过rms连接部相互连接。反应式多层系统优选至少安设在冷却体和载体单元之间，使得在激活多层系统之后冷却体和载体单元通过rms连接部相互连接。

20、冷却体优选包括金属，尤其铝。金属可以保证良好的导热性。此外尤其铝也相对较轻并且由此实现将辐射探测器模块的重量保持得较低。作为冷却体完全可以使用探测器或成像系统的一个(必要时承载式的)结构。

21、根据优选的实施方式，反应式多层系统(rms)以横向层交替排布的形式优选通过溅射、电化学沉积(电镀)或蚀刻施加到冷却体或载体单元上。优选地，rms安设在载体单元的其上应安装冷却体的侧上和/或其上应安装评估单元的侧上。将rms安装在载体单元上具有的优点是其对热、电流和化学过程相当不敏感并且相当容易处理。这种制造的方法具有的优点是可以制造复杂的结构。

22、根据替代优选实施方案，反应式多层系统从由反应式多层材料构成的膜取出，尤其切出或裁出，并且布置在传感器组件和散热组件之间。在此，膜优选地预固定在至少一个组件上，以使其不滑动。这可以例如通过简单的粘接点实现。在通过压力激活方面，rms膜的激活能量通常是如此高，以至于冲裁或切割是完全可行的。这种制造方式具有的优点是其非常简单并且成本有利。

23、优选的反应式多层系统交替地由材料不同的钎焊层和反应层构成，其中，钎焊层优选包括群组金、铜、铝、钛和金属玻璃中的一定数量材料和/或反应层优选包括群组铝、钛、镍、a-硅(非晶硅)和钴中的材料。

24、根据优选实施方式，在传感器组件和/或散热组件中或在反应式多层系统上存在印制导线，该印制导线至少延伸至传感器组件和/或散热组件的边缘并通过印制导线施加电压以激活反应式多层系统。在实践中有利的是，这些印制导线在载体单元上形成，因为在载体单元上通常反正都存在印制导线，或者由反应式多层系统形成，尤其如果反应式多层系统由rms膜形成。在此优选的是，在激活后分断印制导线的突伸超出传感器组件和/或散热组件的部分。其在激活后不再被需要，可能会带来干扰。

25、优选的辐射探测器模块包括堆叠装置，堆叠装置的构成如下：具有一定数量转换器单元的探测层，设计用于将射入的辐射转换为电信号；一定数量评估单元，设计用于评估由探测层输入的电信号；堆叠装置还额外优选具有载体单元，其中，如果该载体单元应满足散热组件的功能，则该载体单元也可以视为散热组件。

26、辐射探测器模块优选设计用于探测x射线辐射。辐射探测器模块特别优选设计用于医学的探测器中，尤其用于计算机断层扫描系统、血管造影系统、射线照相系统或用于乳房摄影术合成的系统。

27、因此在优选的辐射探测器模块中，传感器组件额外包括载体单元，其中，一定数量评估单元在堆叠装置中布置在探测层和该载体单元之间。优选地，在与一定数量评估单元的相应评估单元的沿堆叠方向的投影相应的面区域中，分别将由能导热的材料制成的实心材料芯插入载体单元中。该实心材料芯在此尤其在相应的面区域的大部分上延伸并且优选通过能导热的填充材料、尤其通过rms连接部与相应的评估单元导热地接触。

28、根据优选的辐射探测器模块，实心材料芯从载体单元的顶侧延伸直至载体单元的底侧。在堆叠装置中，载体单元的顶侧朝向一定数量评估单元，载体单元的底侧背离一定数量评估单元。优选将(至少)一个评估单元通过rms连接安装在一个实心材料芯上。实心材料芯优选包括金属或能导热的陶瓷。实心材料芯意味着特别大的接触面，并且通过形成具有较低热阻的厚实的实心材料芯，意味着对于在评估单元或转换器单元中产生的热量通过载体单元散热的特别有效的可行性。

29、优选的辐射探测器模块包括通过rms连接安装在载体单元上的冷却体，其中，优选地，载体单元的实心材料芯通过rms连接在冷却体上接触。这实现与冷却体的有利的热连接。载体单元可以包括电路板材料、陶瓷、玻璃或复合材料。实心材料芯可以是压入载体单元中的。

30、优选传感器单元包括直接转换式探测器(也称为光子计数探测器)。该探测器将入射的辐射优选在半导体材料中直接转换成电信号。这种类型的探测器作为优选的转换元件包括由si(硅)、gaas(砷化镓)、hgi2(碘化汞)和/或a-se(非晶硒)，特别优选由cdte(碲化镉)和/或cdznte(碲化镉锌)构成的转换器单元。尤其后者对热非常敏感，使得rms连接在此提供很大优势。

31、辐射探测器模块包括多个像素元件，即探测层内可被单独读取的最小的面区域。为了被读取，每个像素都与评估单元的对应评估像素元件连接。在此优选多个像素元素与一个评估单元连接。评估单元通常用于将从一定数量转换器单元输入的电子信号数字化。例如其可以实现为asic(application specific integrated circuit)。其中例如在直接转换式探测器中，在相应像素处检测的电子信号作为脉冲放大，成形并根据脉冲高度和阈值计数或抑制。在此在读取单元中产生热量，该热量可以通过与冷却体或载体材料的rms连接有效地排出。