CN108645877B - 包括具有重新布线单元的转换器元件的x射线检测器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及包括具有重新布线单元的转换器元件的X射线检测器，其具有包括转换器元件、重新布线单元和评估单元的堆叠布置。转换器元件在背离评估单元的表面上具有第一电极且在面向评估单元的表面上具有像素化第二电极，该像素化第二电极具有多个电极元件。评估单元具有像素电极。重新布线单元被实施在转换器元件面向评估单元的表面上，其中电极元件与像素电极之间的导电连接的第一接触件被提供在重新布线单元面向转换器元件的表面上且具有第一平坦分布，并且电极元件与像素电极之间的导电连接的第二接触件被提供在重新布线单元面向评估单元的表面上且具有与第一平坦分布相比更小的第二平坦分布。评估单元的平坦延伸小于转换器元件的平坦延伸。

Description

包括具有重新布线单元的转换器元件的X射线检测器
技术领域
本发明涉及一种包括转换器元件的X射线检测器，以及一种医疗设备和一种用于X射线检测器的生产方法，该转换器元件具有被实施在转换器元件面向评估单元的表面上的重新布线单元。
背景技术
计数型直接转换X射线检测器或集成型间接转换X射线检测器可以用在X射线成像中，例如用在计算机断层摄影术、血管造影术或射线照相术中。
在直接转换X射线检测器中，X射线辐射或光子可以通过适当的转换器材料而转换成电脉冲。适当的转换器材料的示例是CdTe、CZT、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TlBr2、HgI2、GaAs或其他材料。电脉冲(例如电压脉冲)在评估单元中由例如集成电路(专用集成电路(ASIC))的评估电子设备来解译。在计数型X射线检测器中，通过对由于X射线光子在转换器材料中的吸收而触发的电脉冲进行计数来测量入射X射线辐射。电脉冲的高度通常与所吸收的X射线光子的能量成比例。这使得光谱信息能够通过将电脉冲的高度与阈值进行比较来提取。评估单元可以连接到载体单元，例如陶瓷子结构，使得可以实现增加的机械稳定性并且可以提供到下游信号处理单元的信号连接的重新布线。为了抵消被散射的X射线光子的入射，可以在转换器元件面向辐射源的一侧上实施防散射栅格。
DE 10 2012 213 410 B3公开了一种直接转换X射线辐射检测器，其具有沉积在半导体上的至少一个电极。该至少一个电极和半导体以导电方式连接，该至少一个电极被实施为透明且导电。
根据DE 101 38 913 A1，已知一种用于X射线计算机断层摄影装置的检测器模块，其中包括多个传感器元件的传感器阵列安装在印刷电路板的正面上。为了提高检测器的精度，根据该发明规定了以下：为了加热传感器阵列的目的，至少一个加热元件被设置在印刷电路板背离传感器阵列的背面上，并且为了控制加热元件的目的，控制电子电路靠近加热元件被布置。
本发明所要解决的问题在于：为了获得机械稳定的堆叠结构，评估单元和转换器元件在基本上相同大小的区域(平坦延伸)上延伸，因此成本较高，这是因为评估单元的成本取决于评估单位的平坦延伸。
发明内容
本发明的目的是公开一种X射线检测器、一种医疗设备和一种用于生产X射线检测器的方法，其使得成本高效且机械稳定的X射线检测器能够得以实现。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的X射线检测器、根据权利要求10所述的医疗设备以及根据权利要求12所述的方法来实现。
本发明涉及具有堆叠布置的计数型X射线检测器，该堆叠布置包括转换器元件、重新布线单元和评估单元。转换器元件在背离评估单元的表面上具有第一电极，并且在面向评估单元的表面上具有像素化第二电极，该像素化第二电极具有多个电极元件。评估单元具有像素电极。重新布线单元被实施在转换器元件面向评估单元的表面上，电极元件与像素电极之间的导电连接的第一接触件被提供在重新布线单元面向转换器元件的表面上并且具有第一平坦分布，并且电极元件与像素电极之间的导电连接的第二接触件被提供在重新布线单元面向评估单元的表面上并且具有与第一平坦分布相比更小的第二平坦分布。评估单元的平坦延伸小于转换器元件的平坦延伸。
特别是直接转换的平面转换器元件和平面评估单元之一在堆叠布置中被设置在另一个的顶部上，以平面方式彼此平行地延伸。转换器元件和评估单元可以通过焊接接头或粘合结合和在重新布线单元中的导电连接以导电方式连接；特别地，电极元件和像素电极可以以导电方式连接。电极元件与像素电极之间的导电连接在长度上可以基本相等，或者它们可以具有不同的长度。焊接接头或粘合结合可以特别地被实施在重新布线单元与评估单元之间。焊接接头或粘合结合可以被实施在第二接触件与像素电极之间。
重新布线单元可以通过平版印刷过程而直接在转换器元件面向评估单元的表面上产生。重新布线单元可以被直接实施在转换器元件上。重新布线单元可以不可分离地连接到转换器元件。从电极元件朝向像素电极，连接区域的尺寸变小。评估单元的平坦延伸例如可以比转换器元件的平坦延伸小4倍。该倍数例如可以采用在1.5至5的范围内的值。
第一电极可以被实施为平面或结构化电极。像素化第二电极具有多个电极元件。电极元件的数目确定了像素或检测器元件的数目。高电压可以被施加在第一电极与具有多个电极元件的像素化第二电极之间，使得由于入射的X射线辐射而释放的电子-空穴对被分离，并且电脉冲在评估单元中被记录。高电压可以达到例如-1000V。重新布线单元和连接到重新布线单元的评估单元可以特别地被布置在转换器元件的中央。
在操作期间，转换器元件面向评估单元的表面定位在转换器元件背离辐射源的表面上。在操作期间，转换器元件背离评估单元的表面定位在转换器元件面向辐射源的表面上。
像素电极可以被分配给每个电极元件。特别地，每个电极元件可以通过重新布线单元的导电连接而以导电的方式连接到像素电极。导电连接的第一接触件与电极元件处于导电连接。导电连接的第二接触件与像素电极处于导电连接。
第一平坦分布或/和第二平坦分布也可以被分别称为第一接触件的密度和第二接触件的密度。特别地，相邻的第一接触件之间的距离可以大于相邻的第二接触件之间的距离。第一接触件的第一平坦分布可以基本上对应于电极元件的平坦分布。第二接触件的第二平坦分布可以基本上对应于像素电极的平坦分布。特别地，第一接触件在每种情况下可以具有与电极元件基本相等的平坦延伸。特别地，第二接触件在每种情况下可以具有与像素电极基本相等的平坦延伸。与一个电极元件相比，每个像素电极可以具有更小的平坦延伸。像素电极例如可以与电极元件相比小4倍。该倍数可以在例如1.5至5的范围内。
生产成本可以有利地得以降低。有利的是，可以省去用于重新路由布线的适配器(被称为插入器)。可以有利地减小评估单元的表面面积。有利地，直接在转换器元件上的重新布线单元可以是对用于重新路由布线的插入器的低成本代替。重新布线单元有利地是机械稳定的，特别是在操作期间在温度变化下是机械稳定的。可以有利地增大X射线检测器的集成密度。可以有利地实现X射线检测器的较小的子单元。可以有利地降低X射线检测器的结构复杂性。有利的是，可以通过转换器元件和评估单元中的像素结构的解耦，来实现评估单元关于转换器元件的相对定位的更高灵活性。有利的是，可以相对自由地选择相邻的评估单元之间或者评估单元与转换器元件之间的间隙。
根据本发明的一个方面，重新布线单元的导电连接包括至少一个第一部分和至少一个第二部分，该至少一个第一部分与转换器元件面向评估单元的表面的表面法线垂直，该至少一个第二部分与转换器元件面向评估单元的表面的表面法线平行。通过导电连接的至少第一部分和第二部分，第一平坦分布可以被减小到更小的第二平坦分布。有利的是，电极元件可以连接到评估单元的像素电极，该评估单元与转换器元件相比更小。有利的是，重新布线单元包括电绝缘材料。
根据本发明的一个方面，重新布线单元具有至少一个电绝缘层。电绝缘层可以将导电连接与转换器元件、评估单元以及相邻的另外导电连接电绝缘。有利的是，电信号不会被干扰。
根据本发明的一个方面，与转换器元件面向评估单元的表面的表面法线垂直的第一部分至少部分地由至少一个电绝缘层围绕，或/和与转换器元件面向评估单元的表面的表面法线平行的第二部分至少部分地由至少一个电绝缘层和/或另外的电绝缘层围绕。特别有利的是，第一部分或/和第二部分完全由该绝缘层或/和另外的绝缘层围绕。通过导电连接对布线进行的重新路由可以有利地在该绝缘层或多个绝缘层内实施。
根据本发明的一个方面，重新布线单元具有金属中间层。转换器元件中的电场线有利地不受重新布线单元或重新布线单元的导电连接的影响。导体电阻可以有利地非常低。金属中间层(如果存在的话)可以充当屏蔽，使得电信号或转换器元件中的电场线基本不受重新布线单元的影响。屏蔽可以通过重新布线单元中的多个金属中间层来实施。
根据本发明的一个方面，重新布线单元具有柔性中间层。柔性中间层(如果存在的话)可以最小化X射线检测器中的机械张力，从而有利地减少或避免信号的不稳定性。柔性中间层可以作为平版印刷过程中的子步骤来产生。柔性中间层可以具有适当的柔性或柔软的、特别是电绝缘的材料。柔性材料可以补偿机械张力。
根据本发明的一个方面，X射线检测器还具有用于设置转换器元件的温度的加热元件。X射线检测器的温度、特别是转换器元件的温度可以有利地通过加热元件(如果存在的话)而被稳定或调节。加热元件可以被布置在例如载体单元上。加热元件可以被布置在例如第一电极上。加热元件可以是例如珀尔帖元件，或者是电可操作的加热回路。
根据本发明的一个方面，第一电极被实施为对可见光、红外光或紫外光透明。第一电极可以是透明的，以便允许利用红外光、紫外光或可见光对转换器元件进行附加照射。
根据本发明的一个方面，X射线检测器还具有利用可见光、红外光或紫外光来照射转换器元件的照射单元。转换器元件的偏振状态可以通过附加照射来确定、指定或校正。
根据本发明的一个方面，第一电极被实施为对可见光、红外光或紫外光不透明。第一电极可以是不透明的，特别是对红外光、紫外光或可见光不透明。
根据本发明的一个方面，X射线检测器还具有连接到评估单元的载体单元。有利的是，载体单元可以机械地稳定X射线检测器。载体单元可以机械地且特别是以导电的方式(例如通过焊接接头或粘合结合)连接到评估单元，使得评估单元的信号可以经由载体单元被引导远离X射线检测器。
根据本发明的一个方面，载体单元至少机械地连接到重新布线单元。载体单元可以至少机械地连接到转换器单元，例如通过焊接接头或粘合结合而连接到转换器单元。有利的是，载体单元可以机械地稳定X射线检测器。
本发明还涉及具有本发明的X射线检测器的医疗设备。本发明的X射线检测器的优点可以有利地应用于本发明的医疗设备。可以有利地降低生产成本。
根据本发明的一个方面，医疗设备是计算机断层摄影系统。有利的是，机械稳定性可以满足旋转型X射线检测器的要求。
本发明还涉及一种用于生产X射线检测器的方法，该方法包括提供步骤、沉积步骤和连接步骤。在提供步骤中，提供转换器元件和具有像素电极的评估单元，转换器元件包括在第一表面上的第一电极和在第二表面上的具有多个电极元件的像素化第二电极。在沉积步骤中，重新布线单元被沉积在转换器元件的第二表面上，电极元件与像素电极之间的导电连接的第一接触件被提供，并且在重新布线单元面向转换器元件的表面上具有第一平坦分布，并且电极元件与像素电极之间的导电连接的第二接触件被提供在重新布线单元面向评估单元的表面上，并且具有与第一平坦分布相比更小的第二平坦分布。在连接步骤中，重新布线单元通过第二接触件与像素电极之间的导电连接而连接到评估单元。
连接步骤可以包括导电粘合剂或焊接接头的使用。用于通过焊接接头而将转换器元件连接到评估单元的可能的焊接过程有利地发生在重新布线单元上，特别是发生在具有绝缘层的重新布线单元上。可以有利地避免焊接材料扩散到转换器元件中。可以有利地省去或简化所谓的凸块下金属化。重新布线单元可以通过底部填充的可能引入来有利地减小张力。可以有利地避免也被称为漂移点的信号不稳定性。
根据本发明的一个方面，沉积步骤包括平版印刷过程。导电连接和绝缘层可以有利地在平版印刷过程中被沉积。
根据本发明的一个方面，沉积步骤包括至少一个绝缘层的沉积。沉积可以如下地完成：绝缘层可以例如通过掩模而被沉积到所提供的转换器元件上，电极元件优选地保持暴露。导电材料可以沉积到暴露的电极元件上，从而产生第一接触件。具有导电材料的第一连接可以被沉积到绝缘层上。另外的绝缘层随后可以通过另外的掩模而被沉积，至少一个点保持暴露以用于接触第二连接。从保持暴露的点开始，第二连接通过导电材料而形成。从第二连接开始，末端是第二接触件的第三连接通过电材料而形成。可选的是，可以沉积附加的绝缘层，其在连接制成之后至少部分地接触评估单元。
根据本发明的一个方面，沉积步骤包括金属中间层或/和柔性中间层的沉积。金属中间层或/和柔性中间层可以被特别地沉积到绝缘中间层上。金属中间层可以特别地与导电连接电绝缘。导电连接可以延伸通过金属中间层或柔性中间层，从而形成连续的导电连接。
附图说明
下文参照附图来更详细地说明本发明的示例性实施例，其中：
图1示意性地示出了第一实施例变型中的本发明的X射线检测器；
图2示意性地示出了第二实施例变型中的本发明的X射线检测器；
图3示意性地示出了第三实施例变型中的本发明的X射线检测器；
图4示意性地示出了第四实施例变型中的本发明的X射线检测器；
图5以平面图示意性地示出了本发明的X射线检测器的重新布线单元；
图6以侧视图示意性地示出了本发明的X射线检测器的重新布线单元；
图7示意性地示出了本发明的计算机断层摄影系统的视图；以及
图8示意性地示出了本发明方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了第一实施例变型中的本发明的X射线检测器1的示例性实施例。X射线检测器1具有包括转换器元件3、重新布线单元5和评估单元7的堆叠布置。转换器元件3在背离评估单元7的表面上具有第一电极2，并且在面向评估单元7的表面上具有像素化第二电极，该像素化第二电极具有多个电极元件4。评估单元7具有像素电极6。重新布线单元5被实施在转换器元件3面向评估单元7的表面上，电极元件4与像素电极6之间的导电连接8、9、11、13的第一接触件被提供在重新布线单元5面向转换器元件3的表面上、并且具有第一平坦分布，并且电极元件4与像素电极6之间的导电连接8、9、11、13的第二接触件被提供在重新布线单元5面向评估单元7的表面上、并且具有与第一平坦分布相比更小的第二平坦分布。评估单元7的平坦延伸小于转换器元件3的平坦延伸。
重新布线单元5的导电连接8、9、11、13包括至少一个第一部分9和至少一个第二部分11，至少一个第一部分9与转换器元件3面向评估单元7的表面的表面法线垂直，并且至少一个第二部分11与转换器元件3面向评估单元7的表面的表面法线平行。重新布线单元5具有电绝缘层15'、15”、15”'。
与转换器元件3面向评估单元7的表面的表面法线垂直的第一部分9至少部分地由至少一个电绝缘层15'围绕，或/和与转换器元件3面向评估单元7的表面的表面法线平行的第二部分11至少部分地由至少一个电绝缘层15'和另外的电绝缘层15”、15”'围绕。
图2示出了第二实施例变型中的本发明的X射线检测器1的示例性实施例。重新布线单元5具有金属中间层17。
图3示出了第三实施例变型中的本发明的X射线检测器1的示例性实施例。重新布线单元5具有柔性中间层19。
图4示出了第四实施例变型中的本发明的X射线检测器1的示例性实施例。X射线检测器1还具有连接到评估单元7的载体单元23。X射线检测器1还具有用于设置转换器元件3的温度的加热元件21。加热元件21结合在载体单元23中或/和第一电极2中。载体单元23通过焊接接头25而至少机械地连接到重新布线单元5。X射线检测器1还具有防散射格栅27。仅示意性地描绘了防散射格栅27的一个格栅壁。
图5以平面图示出了本发明的X射线检测器1的重新布线单元5的示例性实施例。绝缘层15'的平坦延伸大于绝缘层15”的平坦延伸。第一连接8、9在绝缘层15'的表面之上延伸。第二连接8、11将第一连接8、9连接到第三连接8、13。第三连接8、13在绝缘层15”的表面之上延伸。像素电极6具有比电极元件4小的平坦延伸。
图6以侧视图示出了直接在本发明的X射线检测器1的转换器元件3上的重新布线单元5的示例性实施例。
图7示出了具有本发明的X射线检测器的本发明的计算机断层摄影系统31的示例性实施例。计算机断层摄影系统31包括具有转子35的台架33。转子35包括X射线源37和具有至少一个本发明的X射线检测器的检测器设备29。患者39被支撑在患者躺椅41上，并且能够沿着旋转轴线z 43移动通过台架33。计算单元45用于控制和计算切片图像。输入设备47和输出设备49连接到计算单元45。
图8示出了用于生产X射线检测器的本发明方法50的示例性示意流程图，本发明方法50包括提供步骤51、沉积步骤53和连接步骤55。在提供步骤51中，转换器元件被提供，并且具有像素电极的评估单元被提供，该转换器元件在第一表面上具有第一电极并且在第二表面上具有像素化第二电极，该像素化第二电极具有多个电极元件。在沉积步骤53中，重新布线单元被沉积在转换器元件的第二表面上，电极元件与像素电极之间的导电连接的第一接触件被提供、并且在重新布线单元面向转换器元件的表面上具有第一平坦分布，并且电极元件与像素电极之间的导电连接的第二接触件被提供在重新布线单元面向评估单元的表面上、并且具有与第一平坦分布相比更小的第二平坦分布。沉积步骤53包括平版印刷过程。在连接步骤55中，重新布线单元通过第二接触件与像素电极之间的导电连接而连接到评估单元。
尽管已经基于优选的示例性实施例详细说明了本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从所公开的示例中得出其他变型。

Claims (14)

1.一种具有一个堆叠布置的计数型X射线检测器(1)，所述堆叠布置包括一个转换器元件(3)、一个重新布线单元(5)和一个评估单元(7)，其中
a.所述转换器元件(3)在背离所述评估单元(7)的一个表面上具有一个第一电极(2)，并且在面向所述评估单元(7)的一个表面上具有一个像素化第二电极，所述像素化第二电极具有多个电极元件(4)，
b.所述评估单元(7)具有多个像素电极(6)，
c.所述重新布线单元(5)被实施在所述转换器元件(3)面向所述评估单元(7)的一个表面上，其中，
d.所述重新布线单元(5)具有沉积在所述转换器元件(3)上的至少一个绝缘层(15')，
e.所述多个电极元件(4)与所述多个像素电极(6)之间的多个导电连接(8、9、11、13)的多个第一接触件被提供在所述重新布线单元(5)面向所述转换器元件(3)的一个表面上，并且具有第一平坦分布，并且
f.所述多个电极元件(4)与所述多个像素电极(6)之间的所述多个导电连接(8、9、11、13)的多个第二接触件被提供在所述重新布线单元(5)面向所述评估单元(7)的一个表面上，并且具有与所述第一平坦分布相比更小的第二平坦分布，并且
g.所述评估单元(7)的一个平坦延伸小于所述转换器元件(3)的一个平坦延伸，其特征在于所述重新布线单元(5)具有一个金属中间层(17)。
2.根据权利要求1所述的X射线检测器(1)，其中所述重新布线单元(5)的所述多个导电连接(8、9、11、13)包括至少一个第一部分(9)和至少一个第二部分(11)，所述至少一个第一部分(9)与所述转换器元件(3)面向所述评估单元(7)的所述表面的一个表面法线垂直，所述至少一个第二部分(11)与所述转换器元件(3)面向所述评估单元(7)的所述表面的所述表面法线平行。
3.根据前述权利要求中任一项所述的X射线检测器(1)，其中所述重新布线单元(5)具有至少一个另外的电绝缘层(15”、15”')。
4.根据权利要求2所述的X射线检测器(1)，其中与所述转换器元件(3)面向所述评估单元(7)的所述表面的所述表面法线垂直的所述第一部分(9)至少部分地由所述至少一个电绝缘层(15')围绕，或/和与所述转换器元件(3)面向所述评估单元(7)的所述表面的所述表面法线平行的所述第二部分(11)至少部分地由所述至少一个电绝缘层(15')或/和一个另外的电绝缘层(15”、15”')围绕。
5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的X射线检测器(1)，其中所述重新布线单元(5)具有一个柔性中间层(19)。
6.根据权利要求1、2和4中任一项所述的X射线检测器(1)，还具有用于设置所述转换器元件(3)的温度的一个加热元件(21)。
7.根据权利要求1、2和4中任一项所述的X射线检测器(1)，还具有连接到所述评估单元(7)的一个载体单元(23)。
8.根据权利要求7所述的X射线检测器(1)，其中所述载体单元(23)至少机械地连接到所述重新布线单元(5)。
9.一种医疗设备，具有根据权利要求1至8中任一项所述的一个X射线检测器(1)。
10.根据权利要求9所述的医疗设备，其中所述医疗设备是一个计算机断层摄影系统(31)。
11.一种用于生产一个X射线检测器(1)的方法(50)，包括以下步骤：
a.提供(51)一个转换器元件(3)并且提供(51)具有多个像素电极(6)的一个评估单元(7)，所述转换器元件(3)在一个第一表面上具有一个第一电极(2)并且在一个第二表面上具有一个像素化第二电极的，所述像素化第二电极具有多个电极元件(4)，
b.在所述转换器元件(3)的所述第二表面上沉积(53)一个重新布线单元(5)，其中沉积(53)的步骤包括绝缘层(15')在所述转换器元件(3)上的沉积和金属中间层(17)在所述绝缘层(15')上的沉积，并且其中所述多个电极元件(4)与所述多个像素电极(6)之间的多个导电连接(8、9、11、13)的多个第一接触件被提供、并且在所述重新布线单元(5)面向所述转换器元件(3)的一个表面上具有第一平坦分布，并且所述多个电极元件(4)与所述多个像素电极(6)之间的所述多个导电连接(8、9、11、13)的多个第二接触件被提供在所述重新布线单元(5)面向所述评估单元(7)的一个表面上，并且具有与所述第一平坦分布相比更小的第二平坦分布，以及
c.通过所述多个第二接触件与所述多个像素电极(6)之间的多个导电连接，将所述重新布线单元(5)连接(55)到所述评估单元(7)。
12.根据权利要求11所述的方法(50)，其中沉积(53)的步骤包括一个平版印刷过程。
13.根据权利要求11或12所述的方法(50)，其中沉积(53)的步骤包括至少一个另外的绝缘层(15”、15”')的沉积。
14.根据权利要求11或12所述的方法(50)，其中沉积(53)的步骤包括一个金属中间层(17)和一个柔性中间层(19)的沉积。
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