CN112041704A - 传感器单元、辐射检测器和制造传感器单元的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于辐射检测器(12)的传感器单元(14)，所述传感器单元(14)包括：转换元件(22)，所述转换元件包括多个成像像素(30)，其中每个成像像素(30)被配置为将辐射直接转换为电荷，并且其中每个成像像素(30)包括电荷收集电极(28)；以及读出基板(24)，所述读出基板包括多个读出像素(32)，其中每个读出像素(32)通过所述电荷收集电极(28)上的连接位置处的互连部分(36)连接到相关联的成像像素(30)；其中每个读出像素(32)具有比所述多个成像像素(30)中的相关联的成像像素(30)小的面积；并且其中与所述电荷收集电极(28)相关的所述连接位置相对于相邻的电荷收集电极(28)有所改变。还提供一种辐射检测器(12)和制造传感器单元(14)的方法。

Description

传感器单元、辐射检测器和制造传感器单元的方法
技术领域
本公开总体涉及用于辐射检测器的传感器单元。具体地，提供了用于辐射检测器的传感器单元、包括至少一个传感器单元的辐射检测器和制造传感器单元的方法。
背景技术
直接转换辐射检测器利用光电导体，诸如碲化镉(CdTe)转换元件，以捕获入射的X射线光子并且将入射的X射线光子直接转换为电荷。无法使光电导体传感器模块任意大。出于此原因，需要通过较小的传感器模块构建较大的辐射检测器。需要将较小的传感器模块电连接到供电和读出电路。在一些实现方式中，通过从电子器件层(诸如读出专用集成电路(ASIC)基板)的一侧或多侧进行的线接合来形成标准连接。如此，可将输入信号和输出(I/O)信号路由到电子器件层以及从电子器件层路由输入信号和输出信号。然而，此解决方案对辐射检测器的最大可实现的大小强加限制。
为了覆盖暴露的线接合区域，有可能提供包括倾斜的传感器模块的辐射检测器，使得一个传感器模块的线接合区域被相邻的传感器模块的转换元件覆盖。以此方式，可避免在成像平面中的传感器模块之间的间隙。然而，此解决方案比较复杂，并且针对检测器的不同位置规定距将要成像的对象的不同距离。此外，辐射角度增加且可能会出现遮蔽。
发明内容
作为从电子器件层的一个或多个侧进行线接合的替代方案，可通过通孔穿过读出ASIC基板来形成传感器模块与供电和读出电路的连接。所述通孔常常称为穿硅通孔(TSV)，但可通过非硅材料的基板来制造它们。在此情况下，在后侧(参考转换元件)上形成所述连接。进而可堆叠较小的传感器模块以形成指定大小的辐射检测器。
穿硅通孔的一个问题是它需要穿过读出基板(例如，硅基板)的空间。通孔的直径所占据的空间无法用于有效电路。读出基板中的一些信号需要附加的逻辑来驱动和接收信号以及其他功能。
在光子计数像素化检测器中，每个读出像素中的空间是非常有限的，且因此在每个读出像素中没有可保留的空间来用于I/O(输入/输出)信号所需的附加的逻辑功能。在大多数常规的直接转换检测器中，成像像素和读出像素的面积(或占用面积)1比1匹配。也就是说，成像像素和读出像素具有相同的面积，并且成像像素在读出像素上方对准(在成像方向上)。
本公开的一个目的是提供一种用于辐射检测器的传感器单元，所述传感器单元实现更简单的制造过程。
本公开的另一目的是提供一种用于辐射检测器的传感器单元，所述传感器单元具有提高的信号完整性。
本公开的另一目的是提供一种用于辐射检测器的传感器单元，所述传感器单元具有紧凑的设计。
本公开的另一目的是提供一种用于辐射检测器的传感器单元，所述传感器单元解决了前述目的中的若干目的或所有目的的组合。
本公开的另一目的是提供一种包括至少一个传感器单元的辐射检测器，所述辐射检测器解决了前述目的中的一个目的、若干目的或所有目的。
本公开的另一目的是提供一种制造传感器单元的方法，所述方法解决了前述目的中的一个目的、若干目的或所有目的。
根据一个方面，提供一种用于辐射检测器的传感器单元，所述传感器单元包括：转换元件，所述转换元件包括多个成像像素，其中每个成像像素被配置为将辐射直接转换为电荷，并且其中每个成像像素包括电荷收集电极；以及读出基板，所述读出基板包括多个读出像素，其中每个读出像素通过所述电荷收集电极上的连接位置处的互连部分连接到相关联的成像像素；其中每个读出像素具有比所述多个成像像素中的相关联的成像像素小的面积；并且其中与所述电荷收集电极相关的所述连接位置相对于相邻的电荷收集电极有所改变。
通过设计具有比相关联的成像像素小的面积的每个读出像素并且通过改变与所述电荷收集电极相关的连接位置，有可能为共同的电子器件(例如，成像像素所共同的电子器件)提供区域，而不必占用所述成像像素的空间。所述区域可由可用于诸如I/O缓冲器等逻辑的街道构成。传感器单元进而将那个环境用于直接转换辐射检测器，互连部分的连接位置在电荷收集电极上何处并不重要。所述连接位置可布置在电荷收集电极的不同部分上，进而产生不在读出像素中提供并且可用于其他电路和通孔的一个或多个自由区域。
每个读出像素的面积可比相关联的成像像素的面积小至少1％。在其他方面，每个读出像素的面积可比相关联的成像像素的面积小至少5％、10％、20％或40％。读出像素和成像像素的这些区域可与辐射检测器的图像平面平行。
与电荷收集电极相关的连接位置改变的定义暗示着在连接位置之间的中心到中心的距离在至少一个方向上不同。举例来说，电荷收集电极上的连接位置的偏移距离可在传感器单元的延伸平面中在至少一个方向上递增地增加和/或减小。因此，读出像素和成像像素是歪斜的。
传感器单元可以可替代地称为传感器模块或瓦片。辐射检测器可包括仅一个传感器单元。可替代地，可组合两个或更多个传感器单元以提供辐射检测器。
在整个本公开中，转换元件可称为光电检测器并且可由至少一个半导体基板(诸如CdTe或碲化镉锌(CdZnTe或CZT)基板)构成(或包括所述至少一个半导体基板)。所述转换元件可包括连续的转换基板或若干分立的转换部分。在任何情况下，根据本公开的转换元件可由被配置为响应于入射辐射而产生一个或多个电荷载流子的元件(诸如基板)构成。
成像像素可以可替代地称为传感器像素或晶体像素。读出像素可以可替代地称为读出单元。
读出基板可包括诸如ASIC等读出电路，或者由所述读出电路构成。电荷收集电极可以可替代地称为检测器衬垫。
多个读出像素可布置成至少两个读出组，使得在所述读出组之间形成至少一个街道。在此情况下，每个读出组中的读出像素可比相关联的成像像素更紧凑地布置。可替代地，每个读出组可具有比相关联的成像组小的面积，其中每个成像组中的每个成像像素连接到对应的读出组中的相关联的读出像素。与读出组的读出像素相关联的成像像素因此形成与所述读出组相关联的成像组。
每个读出像素可具有在第一方向上的读出像素第一宽度，并且每个成像像素可具有在所述第一方向上的成像像素第一宽度，并且读出像素第一宽度可小于成像像素第一宽度。在此情况下，读出像素可布置成多个读出组，并且每个读出组中的读出像素可在所述第一方向上比相关联的成像像素更紧凑地布置，使得在所述读出组之间在所述第一方向上形成至少一个街道。可替代地，读出像素可布置成多个读出组，并且每个读出组可具有比每个成像组的在第一方向上的第一宽度小的在第一方向上的第一宽度，使得在读出组之间在所述第一方向上形成至少一个街道，其中每个成像组中的每个成像像素连接到对应的读出组中的相关联的读出像素。
根据一个非限制性示例，成像像素各自具有在第一方向上的约150μm的尺寸，并且读出像素各自具有在第一方向上的约143μm的尺寸。在此情况下，至少一个街道可具有在第一方向上的约112μm的宽度(对于在两个读出组之间的街道，各自在第一方向上包括八个读出像素)。
此外，每个读出像素可具有在第一方向上的读出像素第一宽度和在第二方向(例如，垂直于所述第一方向)上的读出像素第二宽度，每个成像像素可具有在第一方向上的成像像素第一宽度和在第二方向上的成像像素第二宽度，其中所述读出像素第一宽度小于所述成像像素第一宽度，并且其中所述读出像素第二宽度小于所述成像像素第二宽度。因此，每个读出像素可具有比每个成像像素的在第一方向上的第一宽度小的在第一方向上的第一宽度，并且每个读出像素可具有比每个成像像素的在第二方向上的第二宽度小的在第二方向上的第二宽度。在此情况下，读出像素可布置成多个读出组，并且每个读出组中的读出像素可在所述第一方向上和在所述第二方向上比相关联的成像像素更紧凑地布置，使得在所述读出组之间在所述第一方向上且在所述第二方向上形成至少一个街道。可替代地，读出像素可布置成多个读出组，并且每个读出组可具有比每个成像组的在第一方向上的第一宽度和在第二方向上的第二宽度小的在第一方向上的第一宽度和在第二方向上的第二宽度，使得在读出组之间在所述第一方向上且在第二方向上形成至少一个街道，其中每个成像组中的每个成像像素连接到对应的读出组中的相关联的读出像素。
传感器单元还可包括布置在所述至少一个街道中的通孔。可在每个通孔中提供到读出像素的多个连接，例如20个到500个连接。
传感器单元还可包括至少部分地布置在至少一个街道中的用于至少两个读出像素的共同电子器件。在另一方面，传感器单元还可包括用于至少一个读出组的共同电子器件，其中所述共同电子器件至少部分地布置在所述至少一个街道中。所述共同电子器件可包括配电网络、数字电路、一个或多个微处理器和/或一个或多个存储器。
每个读出像素可包括具有特定用于相关联的读出像素的至少一个电子部件的读出像素电子器件。所述至少一个电子部件可包括放大器、积分器、比较器和/或用于对光子脉冲进行计数的计数器。
每个互连部分可包括例如通过直接接合的焊接凸点。每个读出像素可包括焊接凸点可沉积到的读出接触衬垫。然而，根据本公开的互连部分可以可替代地由用于例如在成像像素与读出像素之间产生电触点的任何类型的连接构件构成。
根据另一方面，传感器单元包括具有基本上彼此相同的面积的转换元件和读出基板。转换元件的外边缘成像像素可限定转换元件有效区域的边界。读出基板的外边缘读出像素(和外部共同电子器件(如果有的话))可限定读出基板有效区域的边界。传感器单元包括转换元件，所述转换元件的转换元件有效区域具有与读出基板的读出基板有效区域基本上相同的面积。在一些示例中，基本上相同的面积是指彼此在1％以内的转换元件有效区域和读出基板有效区域。在其他示例中，基本上相同的面积是指彼此在5％以内的转换元件有效区域和读出基板有效区域。
根据另一方面，提供了包括至少一个根据本公开的传感器单元的辐射检测器。在整个本公开中，所述辐射检测器可由直接转换辐射检测器构成。所述辐射检测器可以可替代地称为辐射成像装置。
根据另一方面，提供了一种包括至少两个根据本公开的传感器单元的辐射检测器，其中每个传感器单元的边缘成像像素(或边缘成像像素的行或列)处于邻接的传感器单元的边缘成像像素(或边缘成像像素的行或列)的一个成像像素宽度之内。在另一方面，每个传感器单元的边缘成像像素(或边缘成像像素的行或列)处于邻接的传感器单元的边缘成像像素(或边缘成像像素的行或列)的不到两个、五个或十个成像像素宽度之内。
根据另一方面，提供了一种包括至少一个根据本公开的传感器单元或至少一个根据本公开的辐射检测器的成像设备。
根据另一方面，提供了一种制造具有连接到读出基板的转换元件的传感器单元的方法，所述方法包括：提供包括多个成像像素的转换元件，其中每个成像像素被配置为将辐射直接转换为电荷，并且其中每个成像像素包括电荷收集电极，其中所述转换元件的多个外边缘成像像素限定转换元件有效区域的边界；提供包括多个读出像素的读出基板，其中所述读出基板的多个外边缘读出像素限定读出基板有效区域的边界；以及通过电荷收集电极上的连接位置处的互连部分将转换元件的表面上的成像像素的每个电荷收集电极连接到读出基板的第一表面上的相关联的读出像素的读出电极，其中转换元件有效区域具有与读出基板有效区域基本上相同的面积。
读出基板可包括具有特定用于每个读出像素的至少一个电子部件的读出像素电子器件和形成于在读出像素的读出组之间的至少一个街道中的用于至少两个读出像素的共同电子器件。在另一方面，读出基板可包括具有特定用于每个读出像素的至少一个电子部件的读出像素电子器件和形成于在读出像素的读出组之间的至少一个街道中的用于至少一个读出组的共同电子器件。
所述方法还可包括穿过读出基板的至少一个街道蚀刻出至少一个通孔，其中所述至少一个街道没有用于特定读出像素的读出像素电子器件。
所述方法还可包括：提供支撑基板，所述支撑基板包括多个支撑接触衬垫和耦合到所述支撑接触衬垫的多根传输线；以及通过互连部分穿过在读出基板的与所述第一表面相对的第二表面上的至少一个通孔将支撑基板的表面上的支撑接触衬垫连接到读出像素中的一者或多者或连接到共同电子器件。
将电荷收集电极连接到读出基板或将支撑基板连接到读出基板可使用焊接凸点接合、直接接合或倒装芯片接合。
转换元件有效区域可比读出基板有效区域大至少1％。
根据另一方面，提供了一种通过根据本公开的任何方法制造的传感器单元或由根据本公开的任何方法产生的传感器单元。
附图说明
通过结合附图给出的以下实施方案，本公开的其他细节、优势和方面将变得显而易见，其中：
图1：示意性地表示包括辐射检测器的成像设备的侧视图；
图2：示意性地表示图1中的辐射检测器的局部横截面侧视图；
图3：示意性地表示图1和图2中的辐射检测器的局部俯视图；以及
图4：是概述制造传感器单元的方法的通用步骤的流程图。
具体实施方式
在下文，将描述用于辐射检测器的传感器单元、包括至少一个传感器单元的辐射检测器和制造传感器单元的方法。将使用相同的参考数字来表示相同或类似的结构特征。
图1示意性地表示包括辐射检测器12的成像设备10的侧视图。此示例的辐射检测器12是由多个根据本公开的传感器单元14形成。辐射检测器12可例如包括允许将传感器单元14连接在一起的一个或多个耦合机构。所述耦合机构可例如连接两个邻接的传感器单元14的支撑基板。还可经由接口电路连接传感器单元14。
然而，根据本公开的辐射检测器可以可替代地包括仅一个传感器单元。成像设备10可例如是计算机断层扫描(CT)装置。
成像设备10包括控制单元16和用于发射X射线的辐射源18，诸如X射线管，所述X射线传输穿过将要成像的对象20，例如穿过患者的身体。在传输穿过物体20之后，X射线到达辐射检测器12，在那里X射线被检测且被转换为表示物体20的空间解析投影图像的信号。控制单元16可被配置为获取2D投影图像。所获取的2D图像可用于根据已知的计算机断层扫描原理来重建对象20的(例如)3D图像。
图1还示出了三维笛卡儿坐标系统X、Y、Z中的两个笛卡儿坐标X和Z以用于参考目的。此示例的辐射检测器12是平坦的并且在XY平面中定向。因此，辐射检测器12的图像平面与XY平面平行。然而，成像设备10和辐射检测器12可在空间中任意定向。
图2示意性地表示图1中的辐射检测器12的局部横截面侧视图。在图2中，可部分地看到辐射检测器12的传感器单元14中的一者。传感器单元14包括例如CdTe晶体等转换元件22和例如读出ASIC基板等读出基板24。读出基板24可包括硅基板或其他合适的半导体或绝缘体的基板。传感器单元14还包括支撑基板26。支撑基板26可包括例如陶瓷或玻璃的印刷电路板(PCB)。
转换元件22包括在这里实施为嵌入转换元件22中的接触衬垫的多个电荷收集电极28。电荷收集电极28限定多个成像像素30。电荷收集电极28彼此略微间隔，使得形成相邻的成像像素30之间的边界。
成像像素30均匀地分布在传感器单元14的至少主要部分上，诸如分布在整个传感器单元14上。成像像素30(和电荷收集电极28)各自具有在这里实施为正方形区域的四边形区域。在一个示例中，电荷收集电极28的区域(在XY平面中)限定成像像素30的区域。电荷收集电极28的边缘(在XY平面中)可限定成像像素30的成像像素边界。在第一方向上(例如，在X方向上)的成像像素第一宽度从两个成像像素边界之间在所述第一方向上的最大距离延伸。在第二方向上(例如，在Y方向上)的成像像素第二宽度从两个成像像素边界之间在所述第二方向上的最大距离延伸。
在一个传感器单元14的最外面的成像像素30与相邻的传感器单元14的最外面的成像像素30之间的在第一方向上的距离可小于或等于成像像素第一宽度。可替代地，或另外，在一个传感器单元14的最外面的成像像素30与相邻的传感器单元14的最外面的成像像素30之间的在第二方向上的距离可小于或等于成像像素第二宽度。
当X射线(或其他类型的电离辐射)撞击在转换元件22上时，响应于所吸收的能量而在转换元件22之内产生电子-空穴对(因此术语“直接转换”)。在跨转换元件22施加的电场的影响下，这些电子(空穴)转移到相关联的电荷收集电极28。
读出基板24包括多个读出像素32。每个读出像素32包括在这里实施为接触衬垫的读出电极34，并且与成像像素30相关联。
传感器单元14还包括互连部分36，并且每对的一个成像像素30和一个读出像素32通过互连部分36进行连接。在图2中，将互连部分36例示为在电荷收集电极28与相关联的读出电极34之间的焊接凸点。每个读出电极34进而充当相关联的读出像素32的输入端。每个读出电极34通过互连部分36接收通过吸收X射线光子而在转换元件22中产生的电信号。转换元件22和读出基板24可通过倒装芯片接合或通过形成电触点的任何其他手段进行连接。
每个读出像素32包括专用于读出像素32的读出像素电子器件38。因此，读出像素电子器件38包括具有特定用于相关联的读出像素32的功能的至少一个电子部件。读出像素32的读出像素电子器件38可例如适合于处理或解译由入射在转换元件22上的X射线光子产生的信号。读出像素电子器件38的非限制性示例包括滤波器、放大器、积分器、比较器和/或用于对光子脉冲进行计数的计数器。根据一个示例，每个读出像素32包括前置放大器和用于感测脉冲大小的比较器。在一个示例中，读出像素电子器件与相关联的特征的组合区域(在XY平面中)限定了读出像素32的区域。读出像素电子特征的外边缘(在XY平面中)到读出像素32的相对侧上的另一读出像素电子特征的另一外边缘可限定读出像素32的边界。在第一方向上的读出像素第一宽度从两个读出像素边界之间在所述第一方向上的最大距离延伸。在第二方向上的读出像素第二宽度从两个读出像素边界之间在所述第二方向上的最大距离延伸。
每个读出像素32在XY平面中具有比XY平面中的相关联的成像像素30的区域小的区域。举例来说，读出像素电子器件的组合区域可在XY平面中具有比XY平面中的相关联的成像像素30的电荷收集电极28的区域小的区域。
读出像素32的区域可为四边形。举例来说，每个读出像素32可具有比相关联的成像像素30的在第一方向(例如，沿着X轴线)上的宽度(或成像像素第一宽度)小的在第一方向上的宽度(或读出像素第一宽度)，并且每个读出像素32可具有比相关联的成像像素30的在第二方向(例如，沿着Y轴线)上的宽度(或成像像素第二宽度)小的在第二方向上的宽度(或读出像素第二宽度)。可替代地，每个读出像素32可具有比相关联的成像像素30的在第一方向(例如，沿着X轴线)上的宽度(或成像像素第一宽度)小的在第一方向上的宽度(或读出像素第一宽度)，并且每个读出像素32可具有等于或基本上等于相关联的成像像素30的在第二方向(例如，沿着Y轴线)上的宽度(或成像像素第二宽度)的在第二方向上的宽度(或读出像素第二宽度)。
在图2中的示例中，可看到，电荷收集电极28上的互连部分36的连接位置相对于相邻的电荷收集电极28有所改变。举例来说，电荷收集电极28上的互连部分36的连接位置的定位可相对于相邻的电荷收集电极28处于不同的X定位或偏移。在图2中的传感器单元14的局部视图中，可看到并标示了八个电荷收集电极28。左边的在第一互连部分36之间的第一连接位置在相关联的电荷收集电极28上基本上居中，左边的在第二互连部分36之间的第二连接位置相对于相关联的电荷收集电极28稍微向左偏移，左边的第三互连部分36之间的第三连接位置相对于相关联的电荷收集电极28进一步向左偏移，并且左边的第四互连部分36之间的第四连接位置定位在相关联的电荷收集电极28的左端附近。相反地，右边的在第一互连部分36之间的第一连接位置在相关联的电荷收集电极28上基本上居中，右边的在第二互连部分36之间的第二连接位置相对于相关联的电荷收集电极28稍微向右偏移，右边的第三互连部分36之间的第三连接位置相对于相关联的电荷收集电极28进一步向右偏移，并且右边的第四互连部分36之间的第四连接位置定位在相关联的电荷收集电极28的右端附近。
互连部分36相对于相关联的电荷收集电极28的移位可不同于图2中的特定示例。也就是说，与在互连部分36之间的连接位置和电荷收集电极28上的连接位置的偏移距离可按照更长或更短的步长递增地增加或减小。
在图2中可看到，由于互连部分36相对于相关联的电荷收集电极28的不同的连接位置，所以形成在X方向上彼此间隔的两个读出组40。在此情况下，每个读出组40中的读出像素32比相关联的成像像素30更紧凑地布置，使得在读出组40之间形成在这里由街道42(在Y方向上)构成的区域。
街道42在第一方向上(沿着图2中的X轴线)的宽度可取决于每对的成像像素30和相关联的读出像素32在第一方向上的宽度的差值以及在每个读出组40中在第一方向上提供的读出像素32的数量。因此，在每个成像像素30与每个相关联的读出像素32之间的宽度上的多个相对小的差值可累加到具有相对大的宽度的街道42。
传感器单元14还包括布置在街道42中的至少一个通孔44。可通过穿过读出基板24蚀刻出台阶状孔洞且通过涂覆所蚀刻的孔洞而形成通孔44。孔洞的台阶状结构可以可操作以吸收由于读出基板24的热膨胀而引起的物理应变。涂覆对于防止通孔44和穿过读出基板24的另一通孔的短路可为有用的。孔洞的较小开口(图2中的上部开口)可具有约10μm-20μm的宽度，并且孔洞的较大开口(图2中的下部开口)可具有约200μm-300μm的宽度。
可在通孔44中提供至读出像素32的一个或若干连接。通孔44可连接到支撑基板26上的支撑接触衬垫46以便连接到传输线48。支撑接触衬垫46和传输线48可嵌入根据图2的支撑基板26中，或者可在支撑基板26的表面上提供。通孔44因此穿过读出基板24并且将一个或多个读出像素32电连接到传输线48。多个读出像素32可共享一个通孔44，如通过图2中的通孔44的黑色填充所绘示。
在图2中，通孔44通过在这里例示为焊接凸点的互连部分50连接到支撑基板26。读出像素32的共同电子器件还可至少部分地布置在至少一个街道42中。读出像素32的共同电子器件的非限制性示例包括配电网络、数字电路、一个或多个微处理器和/或一个或多个存储器。
图3示意性地表示图1和图2中的辐射检测器12的局部俯视图。在图3中，成像像素30和读出像素32是正方形的。成像像素30被绘示为具有实线的正方形，读出像素32被绘示为具有虚线的正方形，互连部分36被绘示为具有虚线的圆形，并且通孔44被绘示为具有虚线的圆形。
在图3中可看到，每个读出像素32具有比每个成像像素30的在第一方向上(例如，沿着X轴线)的第一宽度小的在第一方向上的第一宽度，并且每个读出像素32具有比每个成像像素30的在第二方向上(例如，沿着Y轴线)的第二宽度小的在第二方向上的第二宽度。在图3中的示例中，可看到，电荷收集电极28上的互连部分36的连接位置相对于相邻的电荷收集电极28有所改变。举例来说，读出组40中的相关联的成像像素30中的电荷收集电极28上的互连部分36的连接位置的定位可在XY平面中相对于相邻的电荷收集电极28处于不同的X和/或Y定位或偏移。可将相邻的电荷收集电极限定为相邻的成像像素30的电荷收集电极或特定读出组40中的任何其他成像像素30的电荷收集电极。
图3还示出了每个读出组40中的读出像素32在第一方向上和在第二方向上比相关联的成像像素30更紧凑地布置，使得形成多个街道42。在第一方向上且在第二方向上在相邻的读出组40之间形成街道42。
读出组40之间的街道42可根据一个读出组40中的读出像素32限定另一相邻的读出组40中的读出像素32。外部读出像素32与街道42之间的边缘(在XY平面中)可限定读出组40的边界。在第一方向上的读出组第一宽度从两个读出组边界之间在所述第一方向上的最大距离延伸。在第二方向上的读出组第二宽度从两个读出组边界之间在所述第二方向上的最大距离延伸。
成像组是指与读出组40中的读出像素32相关联(或耦合)的成像像素30。成像组中的成像像素30的数目可与读出组40中的读出像素32的数目相同。在第一方向上的成像组第一宽度从两个成像组边界之间在所述第一方向上的最大距离延伸。在第二方向上的成像组第二宽度从两个成像组边界之间在所述第二方向上的最大距离延伸。
类似于上文描述的读出像素32和成像像素30，每个读出组40在XY平面中具有比相关联的成像组在XY平面中的区域小的区域。举例来说，每个读出组40可具有比相关联的成像组的在第一方向(例如，沿着X轴线)上的宽度(或成像组第一宽度)小的在第一方向上的宽度(或读出组第一宽度)，并且每个读出组40可具有比相关联的成像组的在第二方向(例如，沿着Y轴线)上的宽度(或成像组第二宽度)小的在第二方向上的宽度(或读出组第二宽度)。可替代地，每个读出组40可具有比相关联的成像组的在第一方向(例如，沿着X轴线)上的宽度(或成像组第一宽度)小的在第一方向上的宽度(或读出组第一宽度)，并且每个读出组40可具有等于或基本上等于相关联的成像组的在第二方向(例如，沿着Y轴线)上的宽度(或成像组第二宽度)的在第二方向上的宽度(或读出组第二宽度)。
图4是概述制造具有连接到读出基板24的转换元件22的传感器单元14的方法的通用步骤的流程图。所述方法包括步骤S1：提供包括多个成像像素30的转换元件22，其中每个成像像素30被配置为将辐射直接转换为电荷，并且其中每个成像像素30包括电荷收集电极28，其中转换元件22的多个外边缘成像像素限定转换元件有效区域的边界。所述方法还包括步骤S2：提供包括多个读出像素32的读出基板24，其中读出基板24的多个外边缘读出像素限定读出基板有效区域的边界。所述方法还包括步骤S3：通过电荷收集电极28的连接位置处的互连部分36将转换元件22的表面上的成像像素30的每个电荷收集电极28连接到读出基板24的第一表面上的相关联的读出像素32的读出电极34，其中转换元件有效区域具有与读出基板有效区域基本上相同的面积。
虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开，但将了解，本发明不限于已经在上文描述的内容。举例来说，将了解，零件的尺寸在需要时可改变。因此，期望本发明可仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (20)

1.一种用于辐射检测器(12)的传感器单元(14)，所述传感器单元(14)包括：
-转换元件(22)，所述转换元件包括多个成像像素(30)，其中每个成像像素(30)被配置为将辐射直接转换为电荷，并且其中每个成像像素(30)包括电荷收集电极(28)；以及
-读出基板(24)，所述读出基板包括多个读出像素(32)，其中每个读出像素(32)通过所述电荷收集电极(28)上的连接位置处的互连部分(36)连接到相关联的成像像素(30)；
其中每个读出像素(32)具有比所述多个成像像素(30)中的相关联的成像像素(30)小的面积；并且
其中与所述电荷收集电极(28)相关的所述连接位置相对于相邻的电荷收集电极(28)有所改变。
2.根据权利要求1所述的传感器单元(14)，其中所述多个读出像素(32)布置成至少两个读出组(40)，使得在所述读出组(40)之间形成至少一个街道(42)；并且其中每个读出组(40)中的所述读出像素(32)比所述相关联的成像像素(30)更紧凑地布置，或者其中每个读出组(40)具有比相关联的成像组小的面积，其中每个成像组中的每个成像像素(30)连接到对应的读出组(40)中的相关联的读出像素(32)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器单元(14)，其中每个读出像素(32)具有在第一方向上的读出像素第一宽度并且每个成像像素(30)具有在所述第一方向上的成像像素第一宽度，并且其中所述读出像素第一宽度小于所述成像像素第一宽度。
4.根据权利要求3所述的传感器单元(14)，其中所述读出像素(32)布置成多个读出组(40)；并且其中每个读出组(40)中的所述读出像素(32)比所述相关联的成像像素(30)在所述第一方向上更紧凑地布置，使得在所述第一方向上在所述读出组(40)之间形成至少一个街道(42)，或
其中每个读出组(40)具有比每个成像组的在所述第一方向上的第一宽度小的在所述第一方向上的第一宽度，使得在所述第一方向上在所述读出组(40)之间形成至少一个街道(42)，其中每个成像组中的每个成像像素(30)连接到所述对应的读出组(40)中的所述相关联的读出像素(32)。
5.根据权利要求1或2所述的传感器单元(14)，其中每个读出像素(32)具有在第一方向上的读出像素第一宽度和在第二方向上的读出像素第二宽度，其中每个成像像素(30)具有在所述第一方向上的成像像素第一宽度和在所述第二方向上的成像像素第二宽度，其中所述读出像素第一宽度小于所述成像像素第一宽度，并且其中所述读出像素第二宽度小于所述成像像素第二宽度。
6.根据权利要求5所述的传感器单元(14)，其中所述读出像素(32)布置成多个读出组(40)；并且其中每个读出组(40)中的所述读出像素(32)比所述相关联的成像像素(30)在所述第一方向上且在所述第二方向上更紧凑地布置，使得在所述第一方向上且在所述第二方向上在所述读出组(40)之间形成至少一个街道(42)，或
其中每个读出组(40)具有比每个成像组的在所述第一方向上的第一宽度和在所述第二方向上的第二宽度小的在所述第一方向上的第一宽度和在所述第二方向上的第二宽度，使得在所述第一方向上且在所述第二方向上在所述读出组(40)之间形成至少一个街道(42)，其中每个成像组中的每个成像像素(30)连接到所述对应的读出组(40)中的所述相关联的读出像素(32)。
7.根据权利要求2、4或6中任一项所述的传感器单元(14)，所述传感器单元还包括布置在所述至少一个街道(42)中的通孔(44)。
8.根据权利要求2、4、6或7中任一项所述的传感器单元(14)，所述传感器单元还包括至少部分地布置在所述至少一个街道(42)中的用于至少两个读出像素(32)的共同电子器件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(14)，其中每个读出像素(32)包括具有特定用于相关联的读出像素(32)的至少一个电子部件的读出像素电子器件(38)。
10.根据权利要求9所述的传感器单元(14)，其中所述至少一个电子部件包括放大器、比较器和/或用于对光子脉冲进行计数的计数器。
11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(14)，其中每个互连部分(36)包括焊接凸点。
12.一种包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(14)的辐射检测器(12)。
13.一种包括至少两个根据权利要求1至11中任一项所述的传感器单元(14)的辐射检测器(12)，其中每个传感器单元(14)的边缘成像像素(30)处于邻接的传感器单元(14)的边缘成像像素(30)的一个成像像素宽度之内。
14.一种制造具有连接到读出基板(24)的转换元件(22)的传感器单元(14)的方法，所述方法包括：
-提供(S1)包括多个成像像素(30)的所述转换元件(22)，其中每个成像像素(30)被配置为将辐射直接转换为电荷，并且其中每个成像像素(30)包括电荷收集电极(28)，其中所述转换元件(22)的多个外边缘成像像素限定转换元件有效区域的边界；
-提供(S2)包括多个读出像素(32)的读出基板(24)，其中所述读出基板(24)的多个外边缘读出像素限定读出基板有效区域的边界；以及
-通过所述电荷收集电极(28)上的连接位置处的互连部分(36)将所述转换元件(22)的表面上的所述成像像素(30)的每个电荷收集电极(28)连接(S3)到所述读出基板(24)的第一表面上的相关联的读出像素(32)的读出电极(34)，其中所述转换元件有效区域具有与所述读出基板有效区域基本上相同的面积。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述读出基板(24)包括具有特定用于每个读出像素(32)的至少一个电子部件的读出像素电子器件(38)，以及形成于在所述读出像素(32)的读出组(40)之间的至少一个街道(42)中的用于至少两个读出像素(32)的共同电子器件。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
-穿过所述读出基板(24)的所述至少一个街道(42)蚀刻出至少一个通孔(44)，其中所述至少一个街道(42)没有用于特定读出像素(32)的所述读出像素电子器件(38)。
17.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，所述方法还包括：
-提供支撑基板(26)，所述支撑基板包括多个支撑接触衬垫(46)和耦合到所述支撑接触衬垫(46)的多根传输线(48)；以及
-通过互连部分(50)穿过在所述读出基板(24)的与所述第一表面相对的第二表面上的至少一个通孔(44)将所述支撑基板(26)的表面上的所述支撑接触衬垫(46)连接到所述读出像素(32)中的一者或多者或连接到共同电子器件。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中将所述电荷收集电极(28)连接到所述读出基板(24)或将所述支撑基板(26)连接到所述读出基板(24)使用焊接凸点接合、直接接合或倒装芯片接合。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，其中：
所述转换元件有效区域比所述读出基板有效区域大至少1％。
20.一种通过根据权利要求14至19中任一项所述的方法制造的传感器单元(14)。
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