DE102008013428A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, eines Strahlungsdetektormoduls und eines Strahlungsdetektors - Google Patents

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Harald Dr. Kuhn
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Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) aus mehreren elektrisch miteinander kontaktierten Bauteilkomponenten (4, 9). Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zunächst Kontaktelemente (13) vorzusehen, die Kontaktelemente (13) dann mit einem Füllmaterial (16) zu umhüllen und die Bauteilkomponenten (4, 9) anschließend miteinander zu verkleben. Dadurch können auf zumindest einer Bauteilkomponente (4) hohe und ggf. für diese schädliche Prozesstemperaturen, wie sie z. B. bei der Herstellung von Lötverbindungen auftreten, vermieden werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest eine erste und eine zweite Bauteilkomponente umfassenden Bauteils. Die erste Bauteilkomponente weist auf einer ersten und die zweite Bauteilkomponente weist auf einer zweiten Seite jeweils mehrere zueinander korrespondierende elektrische erste bzw. zweite Kontaktflächen auf. Bei dem Verfahren werden korrespondierende erste und zweite Kontaktflächen elektrisch leitend miteinander verbunden.
  • Solche Verfahren sind beispielsweise im Zusammenhang mit der Herstellung von Strahlungsdetektormodulen bekannt. Diese bestehen z. B. aus einem pixelierten, direkt konvertierenden Strahlungswandler, mit welchem Röntgen- oder Gammastrahlung in einem einzigen Wandlungsprozess in elektrische Signale gewandelt wird, und einem oder mehreren, unter oder auf dem Strahlungswandler angebrachten elektronischen Bauelementen zur Verarbeitung der Signale. Bei der Herstellung des Strahlungsdetektormoduls müssen einerseits Signalausgangskontakte der Pixel mit Signaleingangskontakten der Bauelemente elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Andererseits ist es auch erforderlich, das oder die Bauelemente mit dem Strahlungswandler stoffschlüssig miteinander zu verbinden.
  • Eine Herausforderung dabei ist, dass die zu verbindenden Strahlungswandler in der Regel keinen hohen mechanischen und/oder thermischen Belastungen, wie z. B. Temperaturen über 200°C, standhalten. Aus Gründen der Temperatursensitivität können zur elektrischen Kontaktierung nur entsprechend niedrig schmelzende Lotverbindungen, wie z. B. SnBiAg, verwendet werden, deren Verwendung jedoch kostenträchtig ist. Aus Gründen geringer mechanischer Stabilität sollten Prozesse vermieden werden, welche hohe mechanische Belastungen mit sich bringen.
  • Darüber hinaus ist es, wie z. B. aus der US 7,170,062 B2 , bekannt, zur elektrisch leitenden Verbindung des Strahlungswandlers mit den Bauelementen isotrop oder anisotrop leitfähige Klebstoffe zu verwenden. Damit kann das Verfahren in einem für die temperaturempfindlichen Strahlungswandler günstigen Temperaturbereich und ohne hohe mechanische Belastungen erfolgen.
  • Probleme können sich ergeben, wenn zur Vermeidung von Korrosion und dgl. Zwischenräume zwischen dem Strahlungswandler und dem Bauelement mit einem sog. Underfill ausgefüllt werden. Bei Verwendung von Underfills mit vergleichsweise hohen Schmelztemperaturen kann es vorkommen, dass der temperatursensitive Strahlungswandler beschädigt wird, dass der Klebstoff in seiner Klebewirkung oder Leitfähigkeit beeinträchtigt, oder dass die niedrig schmelzenden Lotverbindungen beschädigt, z. B. an- oder aufgeschmolzen werden. Underfills mit vergleichsweise geringen Schmelztemperaturen erfordern einen erhöhten Aufwand zum Unterfüllen und verteuern damit die Herstellung.
  • Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein alternatives und einfaches Verfahren der eingangs genannten Art bereitgestellt werden, welches insbesondere eine zuverlässige mechanische Verbindung und elektrische Kontaktierung ermöglicht. Ein weiteres Ziel ist es, in analoger Weise ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektormoduls und ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 15 und 16. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich mit zusätzlichen Merkmalen der Ansprüche 2 bis 14.
  • Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest eine erste und eine zweite Bau teilkomponente umfassenden Bauteils vorgesehen. Dabei weist die erste Bauteilkomponente auf einer ersten und die zweite Bauteilkomponente auf einer zweiten Seite jeweils eine Vielzahl oder mehrere zueinander korrespondierende elektrische erste bzw. zweite Kontaktflächen auf. Unter dem Ausdruck ”zueinander korrespondierend” kann dabei verstanden werden, dass die ersten und zweiten Kontaktflächen in einem deckungsgleichen Raster angeordnet sind. Das bedeutet insbesondere, dass jeweils zwei zueinander korrespondierende erste und zweite Kontaktflächen durch eine Übereinanderanordnung der ersten und zweiten Bauteilkomponente zumindest teilweise zur Deckung gebracht werden können, sich also zumindest Teilweise überlappen. Selbstverständlich können die ersten und zweiten Kontaktflächen auch andere Anordnungen ausbilden, und durch Kontaktelemente verbunden sind, durch welche ein geometrischer Versatz einer ersten und einer dazu korrespondierenden zweiten Kontaktfläche überbrückt werden kann. Wesentlich ist also, dass zwischen zumindest einer ersten Kontaktfläche und zumindest einer zweiten Kontaktfläche eine vorgegebene Korrelation besteht, durch welche festgelegt ist, welche erste Kontaktfläche mit welcher zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden werden soll. Bei dem Verfahren werden korrespondierende erste und zweite Kontaktflächen jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden. Bei geeigneter Ausgestaltung der elektrisch leitenden Verbindung kann damit einhergehend auch eine stoffschlüssige, mechanische Verbindung der ersten und zweiten Bauteilkomponente bewerkstelligt werden. Das bedeutet, dass in diesem Fall, unter Berücksichtigung der jeweils erforderlichen Festigkeit der mechanischen Verbindung, unter Umständen auf weitere Vorkehrungen zur mechanischen Verbindung der ersten und zweiten Bauteilkomponente/n verzichtet werden kann. Das Verfahren umfasst aufeinander folgend die folgenden Verfahrensschritte, wobei selbstverständlich Zwischenschritte zwischengeschaltet sein können.
  • In einem ersten Verfahrensschritt des Verfahrens wird auf zumindest einen Teil, d. h. auf zumindest eine Teilmenge, der ersten und/oder zweiten Kontaktelemente jeweils ein elekt risch leitfähiges, vorzugsweise auf metallischer Basis hergestelltes, Kontaktelement aufgebracht. Dabei können die Kontaktelemente, je nach Gegebenheiten wie z. B. geometrischer Lage, Größe, Zugänglichkeit der Kontaktfläche, nur auf die ersten bzw. nur auf die zweiten Kontaktflächen aufgebracht werden. Ferner ist es möglich, Kontaktelemente sowohl auf erste und zweite Kontaktflächen aufzubringen, wobei für jeweils zwei zueinander korrespondierende Kontaktflächen genau ein Kontaktelement vorgesehen wird. Davon abgesehen können auch auf alle maßgeblichen ersten und zweiten Kontaktflächen Kontaktelemente aufgebracht werden.
  • Die Kontaktelemente sind mit der jeweiligen ersten oder zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden und springen von der ersten und/oder zweiten Seite stegartig vor. Um eine, weiter unten beschriebene, Verbindung der ersten und zweiten Bauteilkomponente zu erleichtern und eine gleichmäßige Verbindungsqualität zu gewährleisten ist es von Vorteil, wenn die Kontaktelemente eine derartige Länge aufweisen, dass der für das fertig gestellte Bauteil gewünschte Abstand zwischen den Kontaktflächen, unter Berücksichtigung weiterer, ggf. zur Verbindung verwendeter Klebstoffschichten, eingehalten wird. Für den Fall, dass die ersten Kontaktflächen und die zweiten Kontaktflächen jeweils in einer Eben liegen, bedeutet das, dass die Kontaktelemente im Wesentlichen um die gleiche Länge vorspringen. Zur Verbesserung der Planizität können von den jeweiligen Kontaktflächen abgewandte Stirnseiten der Kontaktelemente in einem Zwischenschritt planarisiert werden, was weiter unten näher erläutert wird.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt wird auf die erste und/oder zweite Seite ein Füllmaterial aufgebracht. Das Füllmaterial wird dabei derart aufgebracht, dass zumindest Mantelflächen der Kontaktelemente von Füllmaterial umgeben sind. Unter Mantelfläche wird dabei die Oberfläche eines Kontaktelements, ausgenommen der der jeweiligen Kontaktfläche zu- und abgewandten Stirnseiten verstanden.
  • Sofern im zweiten Verfahrensschritt Füllmaterial auch auf die den jeweiligen Kontaktflächen abgewandten Stirnseiten aufgebracht wird, kann dieses Füllmaterial in einem, insoweit optionalen, ggf. jedoch notwendigen, dritten Verfahrensschritt abgetragen werden. Dabei wird das Füllmaterial derart abgetragen, dass die entsprechenden Stirnseiten jeweils zumindest teilweise frei liegen. Dabei bedeutet ”zumindest teilweise frei liegen”, dass sich stirnseitig ein nicht von Füllmaterial bedeckter Kontaktierungsbereich ergibt.
  • In einem vierten Verfahrensschritt wird auf die den Kontaktflächen abgewandten Stirnseiten und/oder die Kontaktelement freien Kontaktflächen, oder anders ausgedrückt, auf diejenigen Kontaktflächen, auf welchen kein Kontaktelement aufgebracht worden ist, ein elektrisch leitfähiger Klebstoff aufgebracht.
  • In einem fünften Verfahrensschritt werden die erste und zweite Bauteilkomponente miteinander verbunden. Das wird derart ausgeführt, dass die zueinander korrespondierenden ersten und zweiten Kontaktflächen einander zugewandt sind, und vermittels des Klebstoffs und der Kontaktelemente eine elektrisch leitende Verbindung zwischen jeweils zwei korrespondierenden Kontaktflächen hergestellt wird. Es werden also jeweils zwei zueinander korrespondierende Kontaktflächen über das/die Kontaktelemente und den Klebstoff elektrisch leitend miteinander verbunden. Nebenbei bemerkt und ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann – bei entsprechender Wahl des Klebstoffs – gleichzeitig eine den jeweiligen Anforderungen gerecht werdende stoffschlüssige, mechanische Verbindung der Bauteilkomponenten erreicht werden.
  • Das Verfahren gewährleistet eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Aufbringens der Kontaktelemente, des Füllmaterials und des Klebstoffs. Damit kann in vorteilhafter Weise Rücksicht genommen werden auf die hinsichtlich Zerstörung, Degradation oder Beschädigung der Bauteilkomponenten zulässigen maximalen Prozesstemperaturen und mechanischen Belastungs grenzen. Auf temperaturempfindlichen Bauteilkomponenten im Allgemeinen oder temperaturempfindlichen Abschnitten der Bauteilkomponenten im Speziellen können die mit vergleichsweise niedriger Prozesstemperatur durchführbaren Verfahrensschritte ausgeführt werden, wie z. B. Aufbringen des Klebstoffs. Auf den hinsichtlich der Temperaturempfindlichkeit robustern Bauteilkomponenten bzw. Abschnitten der Bauteilkomponenten können die Verfahrensschritte ausgeführt werden, welche eine vergleichsweise hohe Prozesstemperatur erfordern, wie z. B. das Aufbringen der Kontaktelemente und ggf. des Füllmaterials. Damit kann sichergestellt werden, dass das fertig gestellte Bauteil maximale Funktionalität aufweist. Letzteres bedeutet insbesondere, dass der Ausschuss bei der Herstellung minimiert werden kann. Davon abgesehen wird aus der obigen Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte deutlich, dass das Verfahren in einfacher Weise und entsprechend kostengünstig durchgeführt werden kann. Des Weiteren können sowohl eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen als auch eine zuverlässige mechanische Verbindung der Bauteilkomponenten erreicht werden.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektormoduls zur Erfassung von Röntgen- oder Gammastrahlung. Das Verfahren nach dem zweiten Aspekt umfasst zumindest die Verfahrensschritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt, wobei als erste Bauteilkomponente ein, insbesondere direkt konvertierender, Strahlungskonverter zur Umwandlung der Röntgen- oder Gammastrahlung in elektrische Signale, und als zweite Bauteilkomponente ein elektronisches Bauelement zur Be- und/oder Verarbeitung der elektrischen Signale verwendet wird. Besonders vorteilhaft erweist sich das Verfahren für direkt konvertierende Strahlungswandler auf der Basis von CdZnTe, da diese besonders temperaturempfindlich sind, und z. B. Prozesstemperaturen zum Aufbringen metallischer Kontaktelemente im Bereich von 200°C nicht gewachsen sind.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors zur Erfassung von Röntgen- oder Gammastrahlung, wobei mehrere Strahlungsdetektormodule gemäß dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt hergestellt und kachelartig aneinander gereiht werden. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt ein Füllmaterial aufgebracht wird, welches unter anderem einen mechanisch stabilisierenden Effekt mit sich bringt, kann bei geeignet aufgebrachtem Füllmaterial vermieden werden, dass die Strahlungsdetektormodule beim stirnseitigen Aneinanderstoßen zur Ausbildung der kachelartigen Anordnung beschädigt werden. Beispielsweise können Abplatzungen an Kanten des Strahlungswandlers vermieden werden.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Wirkungen der Verfahren nach dem zweiten und dritten Aspekt ergeben sich durch Analogieschluss aus Vorteilen und vorteilhaften Wirkungen des Verfahrens nach dem ersten Aspekt.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung samt sich daraus ggf. ergebenden weiteren Vorteilen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines nach dem dritten Aspekt der Erfindung hergestellten Strahlungsdetektors;
  • 2 schematisch eine teils explosionsartige, teils aufgebrochene perspektivische Darstellung eines nach dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellten Strahlungsdetektormoduls;
  • 3 schematisch in einem Ablaufdiagramm einzelne Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung des Strahlungsdetektormoduls; und
  • 4 ein nach einer Ausgestaltung des Verfahrens hergestelltes Strahlungsdetektormodul.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente durchwegs mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu und Maßstäbe zwischen den Figuren können variieren. Die nachfolgenden Ausführungen behandeln speziell einen Strahlungsdetektor bzw. ein Strahlungsdetektormodul und dessen Herstellung. Das soll jedoch keineswegs als Einschränkung angesehen werden. Vielmehr treffen die nachfolgenden Ausführungen in analoger Weise auch für Verfahren zur Herstellung eines beliebigen Bauteils zu, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Es soll ferner bemerkt werden, dass auf den Strahlungsdetektor und das Strahlungsdetektormodul nur insoweit eingegangen wird, als es zum Verständnis der erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich ist.
  • 1 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines nach dem dritten Aspekt der Erfindung hergestellten Strahlungsdetektors 1 zur Erfassung von Röntgen- oder Gammastrahlung 2, im Folgenden kurz Strahlung genannt. Der Strahlungsdetektor 1 weist mehrere nach dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellte, kachelartig aneinandergereihte Strahlungsdetektormodule 3 zur Erfassung der Strahlung 2 auf.
  • 2 zeigt in einer schematischen teils explosionsartigen, teils aufgebrochenen Darstellung eines der Strahlungsdetektormodule 3. Anhand der 2, der 3, welche schematisch in einem Ablaufdiagramm einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung des Strahlungsdetektormoduls 3 zeigt, und der 4 werden nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren und Ausgestaltungen desselben näher erläutert.
  • Das Strahlungsdetektormodul 3 weist einen Strahlungskonverter 4 zur Umwandlung der Strahlung 2 in elektrische Ladungen auf. Bei dem Strahlungskonverter 4 handelt es sich beispielhaft um einen sogenannten direkt konvertierenden Strahlungskonverter, bei welchem die Strahlung 2 in einem einzigen Wandlungspro zess in elektrische Ladungen gewandelt wird. Im Rahmen der Erfindung kommen auch beliebige andere Strahlungskonverter, wie z. B. Szintillator-Photodioden-Systeme, in Betracht. Der Strahlungswandler 4 weist in an sich bekannter Weise eine Flächenelektrode 5 und Pixelelektroden 6 auf. Im Wortlaut des Anspruchs 1 betrachtet handelt es sich bei dem Strahlungskonverter 4 um die erste Bauteilkomponente. Die Pixelelektroden 6 liegen auf einer ersten Seite 7, und weisen jeweils eine erste Kontaktfläche 8 auf, welche in 2 der einfacheren Darstellung halber mit der jeweiligen Pixelelektrode 6 zusammenfällt.
  • Das Strahlungsdetektormodul 3 weist ferner ein, z. B. als ASIC ausgebildetes, elektronisches Bauelement 9 zur Be- und/oder Verarbeitung der durch die elektrischen Ladungen induzierten elektrischen Signale auf. Im Wortlaut des Anspruchs 1 handelt es sich bei dem Bauelement 9 um die zweite Bauteilkomponente. Das Bauelement 9 weist auf einer zweiten Seite 10 mehrere bzw. eine Vielzahl an Signaleingangskontakten 11 mit jeweils einer zweiten Kontaktfläche 12 auf. Der einfacheren Darstellung halber fallen wiederum, und ohne Beschränkung der Allgemeinheit, die Signaleingangskontakte 11 mit den zweiten Kontaktflächen 12 zusammen. Die ersten 8 und zweiten Kontaktflächen 12 sind hinsichtlich ihrer geometrischen Anordnung derart angeordnet, dass diese bei Übereinanderanordnung des Strahlungskonverters 4 und des elektronischen Bauelements 9 zumindest teilweise zur Deckung gebracht werden können. In diesem Sinne gibt es zu jeder ersten Kontaktfläche 8 eine korrespondierende zweite Kontaktfläche 12. Denkbar wäre auch, dass es zu einer ersten/zweiten Kontaktfläche 8/12 mehrere korrespondierende zweite/erste Kontaktflächen 12/8 gibt, oder dass korrespondierende Kontaktflächen, zumindest teilweise nicht deckungsgleich angeordnet sind, worauf jedoch nicht genauer eingegangen wird.
  • Das Strahlungsdetektormodul 3 umfasst ferner der Anzahl und Anordnung der ersten 8 und zweiten Kontaktelemente 12 ent sprechende Kontaktelemente 13, von welchen in 2 der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht alle dargestellt sind.
  • Die Kontaktelemente 13 sind, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, als Zylinder ausgebildet. Stirnseiten der Zylinder sind mit dem Bezugszeichen 14, und deren jeweilige Mantelflächen mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Abweichend von der Darstellung können die Kontaktelemente 13 jede beliebige und geeignete Form aufweisen, z. B. Kugelförmig, Quaderförmig usw. ausgebildet sein.
  • Das Strahlungsdetektormodul 3 umfasst ferner ein Füllmaterial 16 auf, welches unter anderem einen mechanisch stabilisierenden Effekt hat und die Kontaktelemente 13 vor Korrosion und äußeren Einflüssen schützt. Es versteht sich, dass das Füllmaterial 16 zur Vermeidung von elektrischen Kontaktschlüssen zwischen den Kontaktelementen 13 elektrisch isolierend sein sollte. Sollten jedoch elektrische Kontaktschlüsse, z. B. zwischen einzelnen Kontaktelementen 13, erwünscht sein können elektrische Verbindungen vorgesehen werden, oder das Füllmaterial kann lokal elektrisch anisotrop leitfähig ausgebildet werden. Um die bei Betrieb des Strahlungsdetektormoduls 3 entstehende Wärme besser ableiten zu können ist es von Vorteil, wenn das Füllmaterial 16 eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dazu kann das Füllmaterial 16 Partikel, wie z. B. AlN, enthalten, welche dessen Wärmeleitfähigkeit in geeigneter Weise erhöhen.
  • In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird auf jede zweite Kontaktfläche 12 ein Kontaktelement 13 aufgebracht derart, dass jede zweite Kontaktfläche 12 mit dem jeweiligen Kontaktelement 13 elektrisch leitend verbunden ist. Dazu können an sich bekannte, und nicht näher erläuterte Verfahren verwendet werden. Vorzugsweise sind die Kontaktelemente 13 jedoch auf metallischer Basis hergestellt. Die Kontaktelemente 13 werden dabei derart aufgebracht, dass diese von der zweiten Seite 10 stegartig vorspringen. Je nach Art der zweiten Bauteilkomponente 9 deren Lage, Zugänglichkeit und Anordnung, und/oder je nach Art und Verlauf der gewünschten Kontaktierungen ist es im Allgemeinen auch möglich, dass die Kontaktelemente 13 auf lediglich einen Teil der zweiten Kontaktflächen 12 aufgebracht werden. In diesem Zusammenhang ist es, wie weiter oben bereits erläutert, ferner möglich, dass die Kontaktelemente 13 auf die ersten Kontaktflächen 8 oder sowohl auf erste 8 als auch auf zweite Kontaktflächen 12 aufgebracht werden.
  • An den ersten Verfahrensschritt S1 kann sich ein Zwischenschritt anschließen, bei welchem die Kontaktelemente 13 planarisiert werden, so dass von den zweiten Kontaktflächen 12 abgewandte Stirnseiten 14a der Kontaktelemente 13 im Wesentlichen koplanar sind. Dadurch kann eine weiter unten beschriebene elektrische Anbindung der ersten Kontaktflächen 8 an die Stirnseiten 14a vereinfacht und qualitativ verbessert werden.
  • In einem an den ersten Verfahrensschritt S1 anschließenden zweiten Verfahrensschritt S2 wird das Füllmaterial 16 auf die zweite Seite 10 derart aufgebracht, dass zumindest die Mantelflächen 15 der Kontaktelemente 13 mit dem Füllmaterial 16 umgeben sind. Im Sinne der vorgenannten Verallgemeinerung kann das Füllmaterial 16 auch entsprechend auf die erste 7 und/oder zweite Seite 10 aufgebracht werden.
  • In den Figuren springen die Kontaktelemente 13 im Wesentlichen gleich weit von der zweiten Seite 10 vor. Je nach Höhenlage und Anordnung der ersten 8 bzw. zweiten Kontaktflächen 12 im fertig gestellten Bauteil können diese auch unterschiedlich weit vorspringen. Vorzugsweise springen die Kontaktelemente 13 für die in den Figuren gezeigte Variante des Verfahrens im Bereich um 100 μm oder weniger vor. Das kann z. B. auch durch entsprechende Ausgestaltung des Planarisierungsschritts erreicht werden.
  • Sofern Füllmaterial 16 im zweiten Verfahrensschritt S2 auch auf die von den zweiten Kontaktflächen 12 abgewandten Stirnseiten 14a der Kontaktelemente 13 abgeschieden oder aufge bracht wird kann dieses in einem dritten Verfahrensschritt S3 abgetragen werden. Das Abtragen erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die Stirnseiten 14a jeweils gänzlich frei gelegt, zumindest jedoch teilweise frei gelegt werden. Dabei kann ein, ggf. weiterer, Planarisierungsschritt durchgeführt werden, so dass die Stirnseiten 14a und das Füllmaterial 16 eine im Wesentlichen ebene Fläche bilden. Damit kann, analog zu oben, eine Vereinfachung und qualitative Verbesserung der – weiter unten erläuterten – elektrischen Anbindung der ersten Kontaktflächen 8 an die Stirnseiten 14a erreicht werden.
  • Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist wird das Füllmaterial 16 nach Art einer Schicht derart aufgebracht, dass das Füllmaterial 16 mit der zweiten Seite 10 randseitig bündig abschließt, dass sich also im Wesentlichen ebene Seitenflächen 17 für das Strahlungsdetektormodul 3 ergeben. Ein schichtartiges Aufbringen ist nicht zwingend erforderlich, jedoch kann dadurch unter anderem die Wärmeleitung nach außen verbessert werden. Davon abgesehen können durch den mechanisch stabilisierenden Effekt des Füllmaterials 16 kantenseitige Beschädigungen oder Abplatzungen, z. B. am Strahlungskonverter 4, vermieden werden, wenn die Strahlungswandlermodule 3 zur Ausbildung des Strahlungsdetektors 1 kachelartig aneinanderfügt werden. Das ist insbesondere bei leichtbrüchigen Materialien wie CdZnTe und dgl. von Vorteil.
  • In einem an den ggf. durchzuführenden dritten Verfahrensschritt S3 anschließenden vierten Verfahrensschritt S4 wird auf die durch die Stirnseiten 14a und das Füllmaterial 16 ausgebildete ebene Fläche ein leitfähiger Klebstoff 18 aufgebracht. Im Beispiel der 2 und 3 wird der Klebstoff 18 als durchgehende Klebstoffschicht aufgebracht. In diesem Fall handelt es sich bei dem Klebstoff 18 vorzugweise um einen elektrisch anisotrop leitenden Klebstoff, damit Kriechströme parallel zur Klebstoffschicht vermieden werden können. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, wenn der Klebstoff 18 korrespondierend zu den Stirnseiten 14a, bzw. den Kontaktflächen 8, 12 bzw. den Kontaktelementen 13 punktuell aufgebracht wird. In diesem Fall kann, abgesehen von einem elektrisch anisotrop leitfähigen Klebstoff 18, auch ein elektrisch isotrop leitfähiger Klebstoff 18 verwendet werden, da bereits durch das punktuelle Aufbringen Kriechströme vermieden werden können. Allgemein gefasst wird der Klebstoff 18 also zumindest auf die Stirnseiten 14a der Kontaktelemente 13 aufgebracht.
  • Im erfindungsgemäßen Rahmen liegt es durchaus, dass der Klebstoff 18 auf Kontaktelement freie erste 8 und/oder – sofern vorhanden – zweite Kontaktflächen 12 aufgebracht wird. Das bedeutet, dass der Klebstoff 18 abweichend von 3 auch auf die ersten Kontaktflächen 8 aufgebracht werden könnte.
  • Dem Klebstoff 18 können, analog zum Füllmaterial 16, die Wärmeleitung des Klebstoffs 18 verbessernde Partikel beigemischt sein.
  • In einem fünften Verfahrensschritt S5 werden der Strahlungskonverter 4 und das elektronische Bauelement 9 miteinander verbunden, derart, dass, wie in 2 und 3 zu sehen ist, die zueinander korrespondierenden ersten 8 und zweiten Kontaktflächen 12 einander zugewandt und vermittels des Klebstoffs 18 und der Kontaktelemente 13 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  • Im Ausführungsbeispiel der 3 wurden sowohl das Füllmaterial 16 als auch die Kontaktelemente 13 auf die zweite Seite 10 aufgebracht. Das ist unter anderem dadurch begründet, dass das elektronische Bauelement 9 den dazu erforderlichen Prozesstemperaturen ohne weiteres gewachsen ist. Bei denjenigen Verfahrensschritten, d. h. insbesondere Kleben, bei welchen der in aller Regel sehr temperaturempfindliche Strahlungswandler 4 beteiligt ist, liegen die Prozesstemperaturen wesentlich niedriger, so dass Temperatur induzierte Schädigungen des Strahlungswandlers 4 vermieden werden können. Je nach Temperatursensitivität der verwendeten Bauteilkomponenten sind jedoch auch andere Verfahrensweisen denkbar.
  • Sofern also die erste oder zweite Bauteilkomponente besonders temperatursensitiv ist, können Kontaktelemente 13 lediglich auf die zweiten/ersten Kontaktflächen 12/8 und das Füllmaterial 16 lediglich auf die zweite/erste Seite 10/7 aufgebracht werden, so dass Schädigungen durch zu hohe Prozesstemperaturen weitgehend vermieden werden können.
  • Nach einer Variante des Verfahrens gemäß 4 werden im zweiten Verfahrensschritt 52 die Stirnseiten 14a bewusst mit dem Füllmaterial 16 überdeckt. Im dritten Verfahrensschritt S3 wird Füllmaterial 16 dann derart abgetragen wird, dass die Stirnseiten 14a in Füllmaterialvertiefungen 19 jeweils zumindest teilweise frei liegen. Der Klebstoff 18 kann dann auf die Stirnseiten 14a oder die ersten Kontaktflächen 8 punktuell aufgebracht werden. Vorzugsweise wird der Klebstoff dabei 18 derart aufgebracht, dass dieser nach dem fünften Verfahrensschritt S5 die Füllmaterialvertiefungen 19 vollständig ausfüllt. Bei dieser Ausgestaltung können in besonders effektiver Weise Kriechströme vermieden werden.
  • Das beschriebene Verfahren ist im Allgemeinen auch dazu geeignet, mehrere Bauteilkomponenten miteinander zu verbinden. Insoweit sollten die Ausführungsbeispiele nicht als einschränkend angesehen werden.
  • Ergänzend sei angemerkt, dass die erste und/oder zweite Bauelementkomponente auf der Grundlage eines aus folgender Gruppe ausgewählten Materials hergestellt sein können/kann: Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, III-V-Halbleitermaterial, II-VI-Halbleitermaterial, keramisches Material.
  • Insbesondere aus den Ausführungsbeispielen wird deutlich, dass/die erfindungsgemäße/n Verfahren die gestellte Aufgabe lösen. Insbesondere wird ein zu bekannten Verfahren alternatives und einfaches Verfahren bereitgestellt mit welchem zwei Bauteilkomponenten elektrisch miteinander verbunden werden können. Es können insbesondere zuverlässige mechanische Verbindungen und elektrische Kontaktierungen realisiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 7170062 B2 [0004]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung eines zumindest eine erste (4) und eine zweite Bauteilkomponente (9) umfassenden Bauteils (3), wobei die erste Bauteilkomponente (4) auf einer ersten (7) und die zweite Bauteilkomponente (9) auf einer zweiten Seite (10) jeweils mehrere zueinander korrespondierende elektrische erste (8) bzw. zweite Kontaktflächen (12) aufweisen, bei welchem korrespondierende erste (8) und zweite Kontaktflächen (12) jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden werden, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Aufbringen von mit jeweils einer ersten (8) oder zweiten Kontaktfläche (12) elektrisch leitend verbundenen und von der ersten (7) und/oder zweiten Seite (10) säulen- oder stegartig vorspringenden elektrisch leitfähigen Kontaktelementen (13) auf zumindest einen Teil der ersten (8) und/oder zweiten Kontaktflächen (12); b) Aufbringen eines Füllmaterials (16) auf die erste (7) und/oder zweite Seite (10), derart, dass zumindest Mantelflächen (15) der Kontaktelemente (13) mit Füllmaterial (16) umgeben sind; c) sofern sich auf von den Kontaktflächen (8, 12) abgewandten Stirnseiten (14a) der Kontaktelemente (13) Füllmaterial (16) befindet, Abtragen von Füllmaterial (16) derart, dass die Stirnseiten (14a) jeweils zumindest teilweise frei liegen; d) Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs (18) zumindest auf die Stirnseiten (14a) und/oder die Kontaktelement freien ersten (8) und/oder zweiten Kontaktflächen (12); e) Verbinden der ersten (4) und zweiten Bauteilkomponente (9) derart, dass die zueinander korrespondierenden ersten (8) und zweiten Kontaktflächen (12) einander zugewandt und ver mittels des Klebstoffs (18) und den Kontaktelementen (13) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kontaktelemente (13) nach Verfahrensschritt a) und vor Verfahrensschritt b) planarisiert werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kontaktelemente (13) derart aufgebracht und/oder planarisiert werden, dass diese um weniger als 100 Mikrometer von der ersten (7) bzw. zweiten Seite (10) vorspringen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Füllmaterial (16) schichtartig derart aufgebracht wird, dass dieses mit der ersten (7) bzw. zweiten Seite (10) randseitig bündig abschließt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kontaktelemente (13) lediglich auf die ersten (8) oder zweiten Kontaktflächen (12), und das Füllmaterial (16) lediglich auf die erste (7) bzw. zweite Seite (10) aufgebracht werden, so dass zumindest alle Mantelflächen (15) der Kontaktelemente (13) umhüllt sind.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verfahrensschritt lit. c) einen Planarisierungsschritt umfasst, durch welchen die Stirnseiten (14a) und das Füllmaterial (16) eine im Wesentlichen ebene Fläche bilden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Verfahrensschritt b) auch die Stirnseiten (14a) mit Füllmaterial (16) überdeckt werden und im Verfahrensschritt lit. c) Füllmaterial (16) derart abgetragen wird, dass die Stirnseiten (14a) in Füllmaterialvertiefungen (19) jeweils zumindest teilweise frei liegen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Klebstoff (18) im Verfahrensschritt lit. d) derart aufgebracht wird, dass der Klebstoff (18) nach Verfahrensschritt lit. e) die Füllmaterialvertiefungen (19) vollständig ausfüllt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein elektrisch isotrop oder ein anisotrop leitfähiger Klebstoff (18) verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Füllmaterial (16) und/oder der Klebstoff (18) deren/dessen Wärmeleitfähigkeit erhöhende Partikel enthält.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im Verfahrensschritt lit. d) eine durchgehende Klebstoffschicht aufgebracht wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Klebstoff (18) im Verfahrensschritt lit. d) korrespondierend zu den Kontaktflächen (8, 12) oder den Kontaktelementen (13) punktuell aufgebracht wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei im Verfahrensschritt lit. e) mehrere erste (4)/zweite Bauteilkomponenten (9) mit der zweiten (9)/ersten Bauteilkomponente (4) verbunden werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste (4) und/oder zweite Bauelementkomponente (9) auf der Grundlage eines aus folgender Gruppe ausgewählten Materials hergestellt sind/ist: Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, III-V-Halbleitermaterial, II-VI-Halbleitermaterial, keramisches Material.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektormoduls (3) zur Erfassung von Röntgen- oder Gammastrahlung (2), umfassend die Verfahrensschritte nach einem der Verfahren 1 bis 14, wobei als erste Bauteilkomponente ein Strahlungskonverter (4) zur Umwandlung der Röntgen- oder Gammastrahlung (2) in elektrische Signale, und als zweite Bauteilkomponente ein e lektronisches Bauelement (9) zur Be- und/oder Verarbeitung der elektrischen Signale verwendet wird.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors (1) zur Erfassung von Röntgen- oder Gammastrahlung (2), wobei mehrere Strahlungsdetektormodule (3) gemäß dem Verfahren nach Anspruch 15 hergestellt und kachelartig aneinander gereiht werden.
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