輻射探測器元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及輻射探測器元件和構(gòu)造輻射探測器元件的方法。本發(fā)明還涉及包括至少一個輻射探測器元件的成像系統(tǒng)。此外，本發(fā)明涉及橫向附接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于探測諸如X射線或可見光的電磁輻射的探測器被使用在許多應(yīng)用中，包括醫(yī)學(xué)和安全成像、天體物理學(xué)以及照相機(jī)。美國專利7968853中公開了輻射探測器的一個范例。其中描述的所謂“雙層探測器”包括面向X射線源的層疊的閃爍體的二維陣列。光電二極管的有源區(qū)域被光學(xué)地耦合到層疊的閃爍體。光電二極管和閃爍體關(guān)于基板被橫向地取向，所述基板通常與專用集成電路(ASIC)和輸出電子器件連接。
[0003]光電二極管由基板通過電導(dǎo)的連接來支撐。這要求與足夠的機(jī)械強(qiáng)度相結(jié)合的高精確度。公知的連接包括被附接到光電二極管的金屬釘(通常是一系列層疊的柱狀凸起)，所述光電二極管穿透到基板上的導(dǎo)電粘合劑的沉積層中。然而，已經(jīng)證明，使用該構(gòu)造方法來構(gòu)造足夠準(zhǔn)確且可靠的連接是一種挑戰(zhàn)，所述連接是在機(jī)械上堅固的和/或沒有接觸不良、打開和短路的，同時維持足夠的柔性以承受機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力以及旋轉(zhuǎn)應(yīng)力。
[0004]這些問題也常常與其他(微)電或(微)機(jī)械的應(yīng)用一起遇到，其中，零件需要被可靠地固定在關(guān)于彼此的橫向取向上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種輻射探測器元件，所述輻射探測器元件包括:至少一個光電二極管，其具有沿著第一主軸延伸的第一主表面；和探測器元件基板，其具有沿著關(guān)于所述第一主軸被橫向地取向的第二主軸延伸的第二主表面，其中，所述光電二極管通過至少一個連接與所述探測器元件基板電接觸，其中，所述連接包括兩個熔合的焊球，其中，所述兩個熔合的焊球中的每個的第一個接觸所述光電二極管，并且所述兩個熔合的焊球中的每個的第二個接觸所述探測器元件基板。這樣的輻射探測器元件被結(jié)實地構(gòu)造，其中，所述光電二極管利用電學(xué)上可靠且機(jī)械上結(jié)實而又足夠柔性的連接橫向地連接到所述探測器元件。
[0006]在本發(fā)明的輻射探測器元件的實施例中，光電二極管的第一主軸關(guān)于探測器元件基板的第二主軸基本上被垂直取向。根據(jù)本發(fā)明的輻射探測器元件的實施例，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關(guān)于彼此被橫向地對準(zhǔn)。在本發(fā)明的輻射探測器元件的其他實施例中，包括被耦合到光電二極管的閃爍材料，其中，所述閃爍材料優(yōu)選地包括兩個層疊的閃爍層。本發(fā)明的輻射探測器元件的另一實施例包括被耦合到光電二極管的輻射屏蔽元件，優(yōu)選地包括鎢的屏蔽元件。在本發(fā)明的輻射探測器元件的另一實施例中，包括至少32個連接，優(yōu)選地包括至少36個連接，并且包括至少16個光電二極管。這些實施例單獨地或組合地類似于公知的輻射探測器元件，但是具有光電二極管與探測器元件基板之間的改進(jìn)的連接。在本發(fā)明的輻射探測器元件的另一實施例中，第一焊球和/或第二焊球的成分包括鉍，優(yōu)選為鉍-錫合金。具有該成分的焊球是特別適合的，這是因為該成分具有相對低的熔化溫度，使得在制造或處理期間對熔化焊球暴露的操作溫度或高溫能夠保持盡可能地低，從而使周圍的材料和結(jié)構(gòu)不退化，并且降低能源成本。此外，能夠通過改變鉍含量來獲得所期望的機(jī)械強(qiáng)度。甚至更優(yōu)選地，鉍-錫合金將為鉍-錫-銦合金，這是因為銦甚至更能降低熔化溫度。
[0007]本發(fā)明還指向根據(jù)本發(fā)明的包括至少一個輻射探測器元件的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備可以是計算機(jī)斷層攝影設(shè)備。這樣的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備具有更加可靠的探測器元件，這可以降低構(gòu)造成本和將來可能的維修或更換成本或延長設(shè)備的壽命。
[0008]本發(fā)明還指向一種用于構(gòu)造輻射探測器的方法，所述輻射探測器包括:至少一個光電二極管，其具有沿著第一主軸延伸的第一主表面；和探測器元件基板，其具有沿著第二主軸延伸的第二主表面；所述方法包括以下步驟:將第一焊球應(yīng)用于所述光電二極管的所述第一主表面；將第二焊球應(yīng)用于所述探測器元件基板的所述第二主表面；壓扁所述第一焊球和/或所述第二焊球；定位所述光電二極管，使得所述第一主軸關(guān)于所述第二主軸以角度α被橫向地取向，其中，所述第一焊球和所述第二焊球關(guān)于彼此被鄰近地放置，使得所述第一焊球在加熱后膨脹時將濕潤所述第二焊球；將所述第一焊球和所述第二焊球加熱到高于所述第一焊球和所述第二焊球的熔點的溫度。該方法提供了一種被結(jié)實地構(gòu)造的輻射探測器元件，其中，所述光電二極管利用電學(xué)上可靠且機(jī)械上堅固而又足夠柔性的連接橫向地連接到所述探測器元件。
[0009]用于構(gòu)造輻射探測器的方法的實施例包括將閃爍層和/或屏蔽層應(yīng)用于光電二極管以產(chǎn)生類似于公知的輻射探測器元件的光電二極管，但是具有光電二極管與探測器元件基板之間的改進(jìn)的連接。在用于構(gòu)造輻射探測器的方法的其他實施例中，角度α在80°與90°之間，優(yōu)選地在85°與90°之間，更優(yōu)選地在89°與90°之間，并且最優(yōu)選地在89.5°與90°之間。通過偏置角度α，歸因于加熱的焊球的收縮被考慮，以達(dá)到根據(jù)本發(fā)明的輻射探測器元件的優(yōu)選實施例的關(guān)于探測器元件基板幾乎完全垂直對準(zhǔn)的光電二極管。
[0010]本發(fā)明還指向一種將第一零件橫向地附接到第二零件的方法，其中，所述第一零件具有沿著第一主軸延伸的第一主表面，并且所述第二零件具有沿著第二主軸延伸的第二主表面；所述方法包括以下步驟:將第一焊球應(yīng)用于所述第一零件的所述第一主表面；將第二焊球應(yīng)用于所述第二零件的所述第二主表面；壓扁所述第一焊球和/或第二焊球；定位所述第一零件，使得所述第一主軸關(guān)于所述第二主軸以角度α被橫向地取向，其中，所述第一焊球和所述第二焊球關(guān)于彼此被鄰近地放置，使得所述第一焊球在加熱后膨脹時將濕潤所述第二焊球；將所述第一焊球和所述第二焊球加熱到高于所述第一焊球和所述第二焊球的熔點的溫度。利用該方法，利用電學(xué)上可靠且機(jī)械上堅固而又足夠柔性的連接可以將兩個零件關(guān)于彼此被橫向地結(jié)實地附接。
[0011]在兩種主要方法的實施例中，壓扁第一焊球和/或第二焊球的步驟包括壓制第一焊球和/或第二焊球，優(yōu)選地以低于第一焊球和/或第二焊球或者要被壓制的焊球的熔化溫度的溫度處進(jìn)行加熱壓制。以環(huán)境溫度與剛剛低于焊球的熔化溫度之間的溫度進(jìn)行壓制產(chǎn)生對周圍的材料和結(jié)構(gòu)較少的熱負(fù)荷的壓扁步驟。如果壓制發(fā)生在升高的溫度下(但低于焊球的(一個或多個)熔化溫度)，則壓制能夠以較低的機(jī)械強(qiáng)度來完成，這減少了歸因于壓制的可能的損壞風(fēng)險。在兩種主要方法的其他實施例中，第一焊球和第二焊球具有小于500微米，優(yōu)選地近似為300微米的直徑。可以很容易獲得具有這樣的直徑的商業(yè)可獲得的焊球。在兩種主要方法的其他實施例中，加熱步驟包括激光加熱。這允許對焊球進(jìn)行精確的、局部的以及很好定時的加熱而使盡可能少的熱量暴露于周圍的材料和結(jié)構(gòu)。在兩種主要方法的其他實施例中，存在至少兩個第一焊球和至少兩個第二焊球，所述至少兩個第一焊球和至少兩個第二焊球在加熱步驟中被同時加熱。這允許快速地處理并且減少通過時間。
[0012]在兩種主要方法的其他實施例中，焊球可以被壓扁到原始焊球直徑的大約三分之一。這允許在必要的壓制條件與在加熱