多元矩阵的光子检测器安装方法与流程

本发明涉及制造用于检测可见或x射线图像或在记录x射线或伽马射线时获得的图像的装置，特别是用于x射线乳房造影和断层合成的装置。

背景技术：

为了设计数字矩阵图像传感器，使用x射线检测器，包括用于乳房x线造影的所谓的“平板”影像传感器，以记录研究物体的可见辐射或转换成的x射线图像(“阴影”)。这种平板检测器是具有1：1转换比例的全尺寸空间(矩阵)图像传感器。

光子检测器本身在可见光波长范围(400-700nm)内具有高灵敏度，但通常对x射线不敏感。因此，使用基于具有各种效率和散射特性的磷光体涂层的闪烁屏(闪烁体)将x射线转换成可见光。这样的屏幕(闪烁体)物理应用于光纤板(fop)，一方面将光从闪烁体传输到光传感器(光子接收器)，另一方面阻挡未在磷光体层中吸收的x射线辐射。闪烁体、fop和光传感器形成了“x射线图像-电信号”变换栈。信号进而被数字化并传输以进行加工和可视化。类似设计的屏幕也应用于检测伽马辐射检测器。

现有技术已知使用载体金属框架将多芯片光子接收器安装在光学基板上的方法(rf专利136639“矩阵光子接收器组件装置”)，该方法适于将所述的矩阵光子接收器后续转移到光纤板。由于光子接收器的活性表面与刚性基板直接接触，该方法的缺点是在对接操作时很可能会损坏光子接收器。而且，需要额外的一系列对准操作来安装fop，这增加了该过程的成本和工序复杂程度。

以wo2012-145038a1(teledynerad-iconimaging公司)中描述的方法作为次接近的类比例。

该方法的缺点是需使用固定装置作为待组装光子接受器矩阵的最终结构部分。结果导致组装部件的数量和产品的成本增加。此外，仍然需要高精度地将矩阵安装在fop上并使之结合。

此外，本发明所述方法的相近类似例，是由travislange，timbond，jameschiang，andrewp.rasmussen及其同事组成的研究小组开发并且在出版物《大型天气测量望远镜相机的集成和验证测试》(sla国家加速器实验室，门洛帕克，旧金山，美国)中提到的安装方法。其中所述设备使用的方法的明显缺陷是，组合和对准系统的高复杂性和庞大性以及该过程的速度相当慢，这使其仅适用于非大量装配。另外，固定在光子接收器上的部件显著增加了最终设计的总高度和重量。

技术实现要素：

本发明所述方法旨在简化多芯片检测器的安装方法，该方法的生产过程能提供高百分比的可用检测器。

组装的目的是使光子接收器相对于fop待相互对准，同时多个光子接收器间的彼此对准。具体地，组装光子接收器的矩阵时，基本要求之一是确保光子接收器之间的间隙尽可能小。间隙尺寸的下限由所组装的矩阵的储存和操作的温度范围的要求决定，因为随着温度可能降低，各光子接收器的硅晶片不发生物理碰撞。此类物理碰撞会导致硅芯片的机械损坏和光子检测器的故障。

恢复光子接收器对接区域中的图像完整性的目的决定间隙尺寸的上限，并且通常受限于1-2个光子接收器单元间距(像素)的值。

因此，应该非常严格而认真地控制对准光子接收器的过程，以高度精确地组装。对于像素尺寸/像素间距为50-100μm的实际光子接收器，光子接收器定位的所需精度预计为5-10μm，即比像素间距高一个数量级。

实施本发明所述方法的技术效果是，减少了组装过程中矩阵光子接收器上附加的机械冲击，简化了安装技艺，减轻了组装矩阵检测器的重量，同时提高了制造能力并扩大了应用范围。

为了解决此任务并实现所述的技术效果，提出了一种方法，其中fop是组装表面，同时是所谓光学平面的基准面，光学平面是光子接收器的若干个芯片的矩阵。因此，实际上，检测器的结构部件之一是用作组装工具，这缩短了组装过程。

通过安装多部件闪烁穿透辐射检测器的新方法实现了所述目的和所需的技术效果，其中至少一个矩阵光子接收器无接触的调节、旋转并且沿着预沉积在纤维表面光学板的至少一部分上的光学聚合物的液相移动，然后因特定聚合物的固化而固定；其中，在调节、旋转和位移阶段，使用滑水(hydroplaning)来防止对矩阵光子接收器的机械冲击；在移动矩阵光子接收器的阶段，其电子电路可以连接到数据读取系统的电子单元。

按照所述方法，测试对象的至少一个图像可以投射在光纤板与聚合物一面相反的外侧面上，以便在安装时精确地监测矩阵光子接收器的位置。在移动矩阵光子接收器的过程中，其位置由光纤板与聚合物一面相反的外侧面的图像控制。

按照所述方法，将引导和限制矩阵光子接收器的运动的结构元件预先在置于光纤板的表面，例如通过在聚合流体中的3d光刻在光纤板的表面。形成的结构元件不仅在位移平面中而且在垂直于所述平面的方向上引导和限制矩阵光子接收器的位移。

为防止在调节、旋转和位移阶段对矩阵光子接收器的机械接触，使用与转子和定子没有机械接触的电磁线性定位电动机。

如本发明所述方法，在一个实施例中，使用无基板硅芯片作为矩阵光子接收器。

按照所述方法，装好矩阵光子接收器后，在所述光纤板上安装所述无基板硅芯片的接触连接器和外部电路。

fop表面是用于提供矩阵光子接收器的最密集光学接触的表面，以确保闪烁光子接收器采集的图像的最大对比度和分辨率。因此，直接在所述表面上安装是最直接的安装方法，但在这种情况下，许多安装操作难以执行；为了尽量减少对基质光子接收器的机械冲击，使用预先加在fop上的特定的隔离和支撑柱元件，其中这些元件通过3d光刻(立体光刻)方法制造。在优选实施例中，光敏检测器将包括最少的结构元件，即：光纤板，光子接收器的硅芯片和代表芯片接线区域的外围接口节点以及具有读出器电路的pcb和用于传送图像数据到处理电路的电连接器。

在组装开始之前，加在fop表面的液态聚合物在过程中进一步固化，同时用于几个目的：它保护光接收器的表面不与fop直接接触；它实现了光学浸入，以最大限度地减少材料边缘的光损失；它是减摩介质，极大地有助于光子接收器芯片相对于fop移动。此外，所述聚合物在fop和光子接收器表面之间形成持久的粘合界面，形成了高度稳定的结构，因为构成fop主要材料的硅和玻璃的温度膨胀系数非常接近。

由于光接收器芯片最终直接固定于fop，应用范围扩大，并且由于光纤板的热膨胀系数(tec)与作为光子接收器芯片材料的硅相当，因此所制造产品的操作和储存允许的温度范围增加。此外，由于不再需要将对准元件留在组装结构中，因此减小了产品的整体尺寸。

附图简述

图1显示了设备的横截面，该设备将位于所加载的液体聚合物的浸渍层(下文中称为“浸渍-粘合剂层”)(4)上的光接收器(3)对准fop(1)。使用线性步进系统(2)移动光接收器，线性步进系统(2)由形成多相磁场的线圈(20)组成，并作用于固定(暂时)在光接收器背面的永磁体(9)。这种作用力导致光接收器(22)必须移动至对准。

图2显示了fop表面上形成隔离(屏障)和支撑柱的诸阶段：

a)将液体光聚合物(4)倒在fop(1)的表面上；

b)利用激光器(7)和投影系统(8)形成柱状或半球形部分(5)，这部分在光聚合物(4)的主体中固化；

c)未固化的聚合物视需要从fop(1)中除去，而形成的屏障柱(5)保留在表面上。

图3示意性地显示了屏障柱(55)的矩阵和支撑半球(54)的矩阵，它们也是通过光固化聚合物或用聚合物材料在fop(1)的表面上直接印刷而形成的。光子接收器(3)位于支撑半球上，从而消除了光子接收器表面与fop之间的直接接触。

图4示意性地显示了在对准过程中沿轴x(22)和y(23)移动光接收器(3)的过程。光子接收器在液体聚合物4上滑动(随后固化)，而支撑半球(54)在fop(1)和光子接收器硅芯片(3)之间提供恒定的小间隙。

图5显示了对准具有和不具有基板的光子接收器的设置：

a)具有基板(31)的光子接收器硅芯片(30)，该芯片通过预先加载然后固化的聚合物(40)胶合到fop(1)上。光子接收器芯片焊盘布线的区域(33)如图所示以供参考；

b)用预先加载然后固化的聚合物(40)将无基板的光子接收器硅芯片(30)胶合到fop(1)上，还显示了以及在液体聚合物中形成(在其主体固化之前)的并固定硅芯片和fop的表面与边缘之间距离的支撑半球(54)和边界柱(55)。

图6显示了fop(1)的一部分，具有屏障柱(55)、支撑半球(54)的矩阵和在fop表面上形成的可控地去除多余的液体聚合物的结构，其中：

57-在fop表面形成的板；

58-过量聚合物排出；

59-板之间的通道，以去除过量的聚合物。

具体实施方式

矩阵光子检测器包含位于fop(1)上的至少一个光子检测器(g)，该光子检测器在聚合的(40)液体光学聚合物(4)的帮助下固定。描述本发明所述方法时，聚合物的诸相以附图中所示的数字区分。在本说明书的文本中，数字4表示聚合物的液相，数字40表示聚合物的固相。

首先，将液体聚合物均匀或部分地分布于区域，然后将光子检测器或几个光子接收器放置在由聚合物形成的表面上。聚合物的部分分布是指以所需的体积施用在表面的一部分而非整个表面上，通常为液滴，椭圆形或哑铃形。在聚合物部分分布在fop上的情况下，聚合物因压缩力和毛细管效应的作用而在fop的整个区域上扩散。在这个阶段，光子检测器可以以相对较低的精度放置在fop上。

所述的阶段之前是fop表面的制备，在此期间，柱(55)的隔离行由聚合物形成，从而防止光子接收器芯片在对准时发生碰撞并且能提供足够大的必要间隙以防止已经固定在共同基座上的相邻芯片在热膨胀期间相互接触。这种柱结构可以用多道次印刷形成，例如用硅氧烷聚合物，然后固化。定位-微量给料-印刷系统广泛应用于众多选择。这些系统与各种粘度的流体一起工作，并且使尺寸为100μm且精度高达5μm的所述柱结构得以形成。因此，例如，可以在对准的光子接收器的硅芯片之间形成100μm的相应间隙。如果需要更高的精度，按照所述方法，在施加于fop表面的光聚合物层中形成固化结构的方法是最合适的。相同的光聚合物用作fop和光子接收器硅芯片之间的浸渍粘合剂层。为了沿着fop平面对准和支撑硅芯片，使用另一种类型的微结构，即支撑半球的矩阵(54)，形成支撑半球的矩阵与形成柱(55)的技术类似。选择它们的尺寸、fop上的位置和形状，以便尽量不使硅芯片与fop表面的机械接触，并且考虑到芯片轮廓的特征及其偏转可以针对特定芯片进行优化。使用支撑半球的原型是在lcd显示器的生产技术中使用微球，其中微球能使玻璃板均匀地相互间隔。

为了使“漂浮”在液体聚合物(4)上的光子接收器精确移动，采用了一种所谓的线性空间步进电动机，其定子是电磁铁矩阵，在绕组中具有不同的相位和电流控制，转子是暂时固定在光子接收器背面的永久磁铁。

在对准过程中移动光子接收器的其他方法也是可能的，例如使用微机械致动器。

可以使用位于fop底部下方的高倍率摄像机来控制移动光子接收器的过程。然而，在任何情况下，光子接收器的位移的系统误差通过限制它们与分隔行的柱(55)接触的运动来补偿。这意味着光子接收器的定位/移动系统(线性空间步进电动机)必须具有小的移动物体(光子接收器)剪切力，其中光子接收器在紧靠分隔行时应该停止，并且即使位移作用力继续也不会进一步移动。

结构元件(54,55)的数量，形状和插入可以是任意的，但是它们应该足以确保fop(1)和光子接收器硅芯片(3)之间的恒定小间隙，同时也能限制芯片在运动和定位过程中的运动。

在分别定位所有光子接收器或每个光子接收器之后，浸渍粘合剂层被固化(光子接收器会在其上滑动)。对此，最可行和简单的方法是利用光可固化的聚合物作为浸渍粘合剂层(4)，浸渍粘合剂层也用作对准光子接收器时的抗摩层。类似地，如果固化温度不会显著影响固化后组件的性能，则可以使用环氧粘合剂和凝胶聚合物组合物或热固性组合物。通过将光可固化聚合物直接暴露于通过fop底面的uv辐射来使其固化。在没有额外外界影响的情况下，环氧树脂或硅氧烷组合物在规定的温度和时间范围内(通常在20-40℃下12-28小时)通过标准化的组装时间固化。

在(光聚合物或其他光学透明组合物的)浸渍粘合剂层固化之后，组装的光子接收器矩阵即可启用。