具有带多个辐射检测器的图像传感器的成像系统的制作方法

具有带多个辐射检测器的图像传感器的成像系统


背景技术：

1.辐射检测器是一种测量辐射性质的装置。性质的示例可以包括辐射的强度、相位和偏振的空间分布。辐射可以是已经与物体相互作用的辐射。例如，由辐射检测器测量的辐射可以是已经穿透物体的辐射。辐射可以是电磁辐射，例如红外光、可见光、紫外光、x射线或γ射线。辐射也可以是其它类型，例如α射线和β射线。成像系统可以包括具有多个辐射检测器的图像传感器。


技术实现要素：

2.本文公开了一种成像系统，所述成像系统包括：图像传感器，其包括：系统印刷电路板(系统pcb)；安装在所述系统pcb的安装表面上的m个组印刷电路板(组pcb(i)，i＝1、
……
、m)；以及对于i＝1、
……
、m，安装在所述组pcb(i)上的ni个辐射检测器，其中，m和ni是大于1的整数，其中i＝1、
……
、m，其中，所述图像传感器被配置为在扫描方向上对场景进行扫描，并且其中，对于每个组pcb(i)，不存在这样的平面，所述平面(a)平行于所述系统pcb的所述安装表面的法线方向，(b)平行于所述扫描方向，(c)将所述ni个辐射检测器的所有有效区域划分成两组有效区域，并且(d)不与所述ni个辐射检测器的所有有效区域的任何有效区域相交。
3.在一方面，所有ni都是相同的，其中i＝1、
……
、m。
4.在一方面，所述m个组pcb和所述系统pcb包括半导体。
5.在一方面，所述m个组pcb中的每一个都具有矩形形状。
6.在一方面，所述m个组pcb被布置为在所述扫描方向上延伸的行。
7.在一方面，所有的所述ni个辐射检测器的所有有效区域在所述法线方向上重叠，其中i＝1、
……
、m，从而使得所有的所述ni个辐射检测器的所有有效区域在所述法线方向上形成一块有效区域，其中i＝1、
……
、m。
8.在一方面，所述的成像系统还包括辐射源，所述辐射源被配置为在所述图像传感器对所述场景进行扫描时生成其边界不与所述ni个辐射检测器的所有有效区域中的任何有效区域相交的辐射束，其中i＝1、
……
、m。
9.在一方面，所述辐射束的辐射瞄准所有的所述ni个辐射检测器的所有有效区域的各个点，其中i＝1、
……
、m。
10.在一方面，所述成像系统还包括掩模，所述掩模允许所述辐射源的一些辐射穿过所述掩模，从而得到所述辐射束。
11.在一方面，对于每个组pcb(i)，所述ni个辐射检测器的有效区域中没有两个有效区域在所述法线方向上重叠，其中i＝1、
……
、m。
12.在一方面，对于每个组pcb(i)，(a)所述组pcb(i)的所述ni个辐射检测器在所述法线方向上重叠，从而使得所有所述ni个辐射检测器的有效区域在所述法线方向上形成一块有效区域，(b)平行于所述法线方向且垂直于所述扫描方向的平面与所述ni个辐射检测器的所有有效区域相交，其中i＝1、
……
、m。
13.在一方面，所述m个组pcb在所述法线方向上重叠，从而使得所有的所述m个组pcb在所述法线方向上形成一块印刷电路板，并且平行于所述法线方向且平行于所述扫描方向的平面与所有的所述m个组pcb相交。
14.在一方面，所述的成像系统还包括在所述m个组pcb中的每一个上的输入/输出端口。
15.在一方面，所述m个组pcb中的第一组pcb上的输入/输出端口夹在所述m个组pcb的所述第一组pcb与第二组pcb之间。
16.在一方面，所述m个组pcb的第一组pcb上的输入/输出端口在法线方向上与所述m个组pcb的第二组pcb上的有效区域重叠。
17.在一方面，对于每个组pcb(i)，所述组pcb(i)上的所述ni个辐射检测器中的每一个辐射检测器包括：(a)辐射吸收层和(b)包括多个专用集成电路(asic)的电子器件层，其中i＝1、
……
、m。
18.在一方面，所述辐射吸收层和所述电子器件层通过通孔彼此电连接。
19.在一方面，所述辐射吸收层包括多个二极管。
20.在一方面，所述辐射吸收层包括半导体。
21.在一方面，所述电子器件层包括电子系统，所述电子系统被配置为处理由入射在所述辐射吸收层上的辐射产生的信号。
【附图说明】
22.图1示意性地示出了根据实施例的辐射检测器。
23.图2a和图2b示意性地示出了根据实施例的辐射检测器的简化图。
24.图2c示意性地示出了根据实施例的辐射检测器的详细剖视图。
25.图2d示意性地示出了根据可替换实施例的辐射检测器的详细剖视图。
26.图3a至图3c示意性地示出了根据不同实施例的包括多个辐射检测器的辐射检测器封装。
27.图4a和图4b示意性地示出了根据实施例的包括多个辐射检测器封装的图像传感器。
28.图4c示意性地示出了根据实施例的成像系统的透视图。
29.图5示出了根据可替换实施例的图4a和图4b的图像传感器。
30.图6示出了根据又一可替换实施例的图4a和图4b的图像传感器。
【具体实施方式】
31.辐射检测器
32.作为示例，图1示意性地示出了辐射检测器100。辐射检测器100可以包括像素150(也称为感测元件150)阵列。该阵列可以是矩形阵列(如图1所示)、蜂窝阵列、六边形阵列或任何其它合适的阵列。图1的示例中的像素150阵列有4行7列；然而，通常，像素150阵列可以具有任意数量的行和任意数量的列。
33.每个像素150可以被配置为检测从辐射源(未示出)入射在其上的辐射，并且可以被配置为测量辐射的特性(例如，粒子的能量、波长和频率)。辐射可以包括粒子，例如光子
和亚原子粒子。每个像素150可以被配置为在一段时间内对入射在其上的能量落在多个能量区间中的辐射粒子的数量进行计数。所有像素150可以被配置为在同一段时间内对多个能量区间内的入射在其上的辐射粒子的数量进行计数。当入射辐射粒子具有相似能量时，像素150可以简单地被配置为在一段时间内对入射在其上的辐射粒子的数量进行计数，而不测量各个辐射粒子的能量。
34.每个像素150可以具有其自己的模数转换器(adc)，其被配置为将表示入射辐射粒子的能量的模拟信号数字化为数字信号，或者将表示多个入射辐射粒子的总能量的模拟信号数字化成数字信号。像素150可以被配置为并行操作。例如，当一个像素150测量入射辐射粒子时，另一个像素150可以正在等待辐射粒子到达。像素150可以不必是可单独寻址的。
35.这里描述的辐射检测器100可以应用于例如x射线望远镜、x射线乳房照相、工业x射线缺陷检测、x射线显微镜或微射线照相、x射线铸造检查、x射线无损测试、x射线焊缝检查、x射线数字减影血管造影等。使用该辐射检测器100代替照相底板、照相胶片、psp板、x射线图像增强器、闪烁体或其它半导体x射线检测器也可能是合适的。
36.图2a示意性地示出了根据实施例的图1的辐射检测器沿着线2a-2a的简化剖视图。更具体地，辐射检测器100可以包括辐射吸收层110和用于处理或分析入射辐射在辐射吸收层110中产生的电信号的电子器件层120(例如，包括一个或多个asic122或专用集成电路)。辐射检测器100可以包括或不包括闪烁体(未示出)。辐射吸收层110可以包含半导体材料，例如硅、锗、gaas、cdte、cdznte或其组合。该半导体材料可以对关注的辐射具有高质量衰减系数。图2b示意性地示出了根据实施例的图2a的辐射检测器100的俯视图。在图2b中，作为示例，辐射检测器100的电子器件层120可以包括6个asic 122。通常，辐射检测器100的电子器件层120可以包括一个或多个asic 122。
37.作为示例，图2c示意性地示出了图1的辐射检测器100沿着线2a-2a的详细剖视图。更具体地，辐射吸收层110可以包括由第一掺杂区111、第二掺杂区113的一个或多个离散区114形成的一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)。第二掺杂区113可以通过可选的本征区112与第一掺杂区111分离。离散区114可以通过第一掺杂区111或本征区112彼此分离。第一掺杂区111和第二掺杂区113可以具有相反类型的掺杂(例如，区域111是p型，区域113是n型，或者，区域111是n型，区域113是p型)。在图2c的示例中，第二掺杂区113的每个离散区114与第一掺杂区111和可选的本征区112形成二极管。即，在图2c的示例中，辐射吸收层110具有多个二极管(更具体地，7个二极管对应于图1的阵列中一行的7个像素150，为了简单起见，图2c中仅标记了其中的2个像素150)。多个二极管可以具有作为共用(公共)电极的电极119a。第一掺杂区111还可以具有离散部分。
38.电子器件层120可以包括适合于处理或解释由入射在辐射吸收层110上的辐射产生的信号的电子系统121。电子系统121可以包括诸如滤波器网络、放大器、积分器和比较器之类的模拟电路或者诸如微处理器和存储器之类的数字电路。电子系统121可以包括一个或多个adc(模数转换器)。电子系统121可以包括由像素150共用的组件或专用于单个像素150的组件。例如，电子系统121可以包括专用于每个像素150的放大器和在所有像素150之间共用的微处理器。电子系统121可以通过通孔131电连接到像素150。通孔之间的空间可以使用填充材料130填充，这可以增加电子器件层120与辐射吸收层110的连接的机械稳定性。其它接合技术可以在不使用通孔131的情况下将电子系统121连接到像素150。
39.当来自辐射源(未示出)的辐射撞击包括二极管的辐射吸收层110时，辐射粒子可被吸收并通过多种机制产生一个或多个电荷载流子(例如，电子、空穴)。电荷载流子可以在电场下漂移到二极管之一的电极。该电场可以是外部电场。电触点119b可以包括离散部分，每个离散部分与离散区114电接触。术语“电触点”可以与词“电极”互换使用。在实施例中，电荷载流子可以在各方向上漂移，使得由单个辐射粒子产生的电荷载流子基本上不被两个不同的离散区114共用(这里“基本上不被......共用”意指相比于其余的电荷载流子，这些电荷载流子中的小于2％，小于0.5％，小于0.1％或小于0.01％的电荷载流子流向一个不同的离散区114)。由入射在这些离散区114之一的覆盖区周围的辐射粒子产生的电荷载流子基本上不与这些离散区114中的另一个共用。与离散区114相关联的像素150可以是离散区114周围的区域，其中由入射到其中的辐射粒子产生的基本上全部(大于98％，大于99.5％，大于99.9％，或大于99.99％)的电荷载流子流向离散区114。即，这些电荷载流子中的小于2％、小于1％、小于0.1％或小于0.01％的电荷载流子流过像素150。
40.图2d示意性地示出了根据可替换实施例的图1的辐射检测器100沿着线2a-2a的详细剖视图。更具体地，辐射吸收层110可以包含诸如硅、锗、gaas、cdte、cdznte或其组合之类的半导体材料的电阻器，但不包括二极管。该半导体材料可以对关注的辐射具有高质量衰减系数。在实施例中，图2d的电子器件层120在结构和功能方面类似于图2c的电子器件层120。
41.当辐射撞击包括电阻器而不包括二极管的辐射吸收层110时，它可以被吸收并通过多种机制产生一个或多个电荷载流子。辐射粒子可以产生10至100000个电荷载流子。电荷载流子可以在电场下漂移到电触点119a和119b。该电场可以是外部电场。电触点119b可以包括离散部分。在实施例中，电荷载流子可以在各方向上漂移，使得由单个辐射粒子产生的电荷载流子基本上不被电触点119b的两个不同的离散部分共用(这里“基本上不被......共用”意指相比于其余的电荷载流子，这些电荷载流子中的小于2％，小于0.5％，小于0.1％或小于0.01％的电荷载流子流向一个不同的离散部分)。由入射在电触点119b的这些离散部分之一的覆盖区周围的辐射粒子产生的电荷载流子基本上不与电触点119b的这些离散部分中的另一个共用。与电触点119b的离散部分相关联的像素150可以是离散部分周围的区域，其中由入射到其中的辐射粒子产生的基本上全部(大于98％，大于99.5％，大于99.9％，或大于99.99％)的电荷载流子流向电触点119b的离散部分。即，这些电荷载流子中的小于2％、小于0.5％、小于0.1％或小于0.01％的电荷载流子流过与电触点119b的一个离散部分相关联的像素。
42.辐射检测器封装
43.图3a示意性地示出了根据实施例的辐射检测器封装300的俯视图。具体地，辐射检测器封装300可以包括组印刷电路板(组pcb)310和安装在组pcb 310上的4个辐射检测器100。通常，辐射检测器封装300可以包括任何数量的辐射检测器100。如本文使用的术语“pcb”不限于特定材料。例如，pcb可以包括半导体。为了清楚起见，未示出4个辐射检测器100与组pcb 310之间的布线。组pcb 310可以具有矩形形状。通常，组pcb 310可以具有任何形状。
44.组pcb 310可以具有未被辐射检测器100覆盖的区域305(例如，用于容纳输入/输出端口320)。辐射检测器封装300的每个辐射检测器100可以具有像素150(图1)所处的有效
区域190。辐射检测器封装300的每个辐射检测器100可以在其边缘附近具有周边区195。辐射检测器100的周边区195没有像素150，因此不检测入射在其上的辐射粒子。图3b示意性地示出了根据实施例的图3a的辐射检测器封装300沿着线3b-3b的剖视图。
45.在实施例中，图3a的辐射检测器100可以逆时针旋转，从而得到图3c的辐射检测器封装300。在图3c中，对于辐射检测器100，为了简单起见，仅示出了其有效区域190。
46.图像传感器
47.图4a示意性地示出了根据实施例的图像传感器490的俯视图。具体地，图像传感器490可以包括系统pcb 410和安装在系统pcb 410的安装表面412上的图3c的3个辐射检测器封装300。通常，图像传感器490可以包括任意数量的辐射检测器封装300，并且每个辐射检测器封装300可以具有任意数量的辐射检测器100。换句话说，辐射检测器封装300中的辐射检测器100的数量不必相同。为了简单起见，仅示出了辐射检测器100的有效区域190。为了清楚起见，未示出系统pcb 410与3个辐射检测器封装300之间的电连接。
48.在实施例中，如图4a所示，图像传感器490的每个辐射检测器封装300的有效区域190在垂直于系统pcb 410的安装表面412的法线方向(未示出)上可以不重叠。换句话说，对于图像传感器490的每个辐射检测器封装300，辐射检测器封装300的辐射检测器100的有效区域190中两个没有有效区域在法线方向上重叠。在图4a中，安装表面412平行于页面；并且法线方向垂直于页面。
49.在实施例中，如图4a和图4b所示，3个辐射检测器封装300可以在法线方向上重叠。具体地，中间的辐射检测器封装300的左侧部分(包括输入/输出端口320)可以在左侧辐射检测器封装300下方，并且为了简单起见未示出。类似地，右侧辐射检测器封装300的左侧部分(包括输入/输出端口320)可以在中间辐射检测器封装300下方，并且为了简单起见未示出。图4b示意性地示出了根据实施例的图4a的图像检测器490沿着线4b-4b的剖视图。
50.在实施例中，参照图4a和图4b，图像传感器490的死区488可以包括未被辐射检测器100的有效区域190覆盖的图像传感器490的任何区域。死区488不能检测入射辐射。然而，图像传感器490可以逐个地捕获物体或场景(未示出)的多个局部图像，然后可以将这些捕获的局部图像拼接以形成物体或场景的完整图像。
51.在实施例中，图像传感器490可以在图像传感器490对物体或场景进行扫描(即，逐个地捕获物体或场景的多个局部图像)时平移(即，在不旋转或改变形状的情况下，移动使得图像传感器490的所有部分沿同一方向行进)。图像传感器490的该平移方向可以被称为扫描方向。在实施例中，如图4a所示，图像传感器490可以被配置为在向东方向(即，3点钟方向)上扫描，并且3个组pcb 310可以被布置为在扫描方向(即，在向东方向上)上延伸的行。
52.在实施例中，如图4a和图4b所示，3个组pcb 310可以在法线方向上重叠，从而使得所有3个组pcb 310在法线方向上形成一块印刷电路板，并且使得平行于法线方向且平行于扫描方向(即，向东方向)的平面与所有3个组pcb相交。这里，组pcb 310在法线方向上形成一块印刷电路板是指当沿着法线方向观察时，它们之间不存在间隙。
53.在实施例中，如图4b所示，中间组pcb 310上的输入/输出端口320可以夹在中间组pcb 310与左侧组pcb 310之间。在实施例中，如图4b所示，中间组pcb 310上的输入/输出端口320可以在法线方向上与左侧组pcb 310上的有效区域190重叠。
54.综上所述，以上描述了一种图像传感器(例如，图4a和图4b的图像传感器490)，其
包括：(a)系统pcb(例如，系统pcb 410)；(b)m个组pcb，其包括安装在系统pcb的安装表面(例如，安装表面412)上的组pcb(i)，i＝1、
……
、m(例如，图4a和图4b的组pcb(1)、组pcb(2)和组pcb(3))；以及(c)对于i＝1、
……
、m，安装在组pcb(i)上的ni个辐射检测器(例如，n1＝4个辐射检测器100安装在组pcb(1)上；n2＝4个辐射检测器100安装在pcb(2)组上；以及n3＝4个辐射检测器100安装在pcb(3)组上)。
55.此外，在实施例中，图像传感器可以被配置为在扫描方向上对场景进行扫描(例如，扫描方向可以是向东的，即在3点钟方向)。
56.此外，对于每个组pcb(i)(例如，图4a和图4b的组pcb(1)、组pcb(2)和组pcb(3))，不存在这样的平面，该平面(a)平行于系统pcb的安装表面的法线方向(例如垂直于图4a页面的方向)，(b)平行于扫描方向(例如，向东)，(c)将ni个辐射检测器的所有有效区域(例如，4个有效区域190)划分成两组有效区域，并且(d)不与ni个辐射检测器的所有有效区域的任何有效区域相交。该条件(即，不存在这样的平面，该平面
……
)确保在图像传感器490在扫描方向上对场景进行扫描时，图像传感器490的每个辐射检测器封装300的有效区域190可以扫过一个区域而不在该区域中留下任何未扫区域。
57.这可以参照图3c进行如下阐明。如果扫描方向在2点钟方向上(箭头330)，那么辐射检测器封装300的4个有效区域190之间的间隙340将导致4个有效区域190扫过的区域中存在的未扫区域。当不满足上述条件(即，不存在这样的平面，该平面
……
)时，就会出现这种情景。或者，如果扫描方向在3点钟方向上(箭头350)，那么在4个有效区域190扫过的区域中将不存在未扫区域。当满足上述条件(即，不存在这样的平面，该平面
……
)时，就会出现这种可替换情景。
58.图4c示意性地示出了根据实施例的成像系统400的透视图。具体地，成像系统400可以包括图4a和图4b的图像传感器490、辐射源450和掩模470。在图4c中，为了简单起见，未示出图像传感器490的细节。在实施例中，对于入射在掩模470上的来自辐射源450的辐射，仅允许入射在掩模470的掩模窗口472上的辐射穿过掩模470，从而得到具有束边界452b的辐射束452。
59.在实施例中，成像系统400可以布置成在图像传感器490对场景进行扫描(其可以包括物体460)时，使得辐射束452的束边界452b不与图像传感器490的所有有效区域190的任何有效区域190相交。在实施例中，如图4c所示，辐射束452的辐射可以瞄准图像传感器490的所有有效区域190的各个点。换句话说，图像传感器490的所有有效区域190的各个点都被辐射束452瞄准。
60.在实施例中，参照图5，在图像传感器490的3个辐射检测器封装300的每一个中，有效区域190可以在法线方向上重叠。在实施例中，如图5所示，图像传感器490的每个辐射检测器封装300的有效区域190可以重叠，从而使得每个辐射检测器封装300的所有有效区域190在法线方向上形成一块有效区域。这里，所有有效区域190在法线方向上形成一块有效区域是指当沿着法线方向观察时，有效区域190之间不存在间隙。此外，在实施例中，如图5所示，对于图像传感器490的每个辐射检测器封装300，平行于法线方向且垂直于扫描方向的平面(未示出)与辐射检测器组件300的辐射检测器100的所有有效区域190相交。
61.在实施例中，图5的3个辐射检测器封装300可以更紧密地布置在一起，从而得到图6的图像传感器490。在图6中，为了简单起见，仅示出了图像传感器490的3个辐射检测器封
装300的有效区域190。在实施例中，如图6所示，3个辐射检测器封装300的所有12个有效区域190在法线方向上形成一块有效区域。
62.虽然本文中公开了各个方面和实施例，但是其它的方面和实施例对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。本文中公开的各个方面和实施例是出于说明性的目的而不意图是限制性的，真正的范围和精神由所附权利要求指示。