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Die Erfindung betrifft einen Flachbilddetektor, der ein Szintillatorelement und einen Fotosensor aus wenigstens zwei Fotodiodenarrays umfasst, wobei das Szintillatorelement mit dem Fotosensor mittels einer ersten Klebeschicht verbunden ist und benachbarte Fotodiodenarrays jeweils mittels einer zweiten Klebeschicht stirnseitig miteinander verbunden sind.
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Aus der Veröffentlichung
"OPDIMA: Large-area CCD-based X-ray image sensor for spot imaging and biopsy control in mammography", Proc. SPIE 3659, 150–158 (1999), ist ein Flachbilddetektor bekannt, der ein Szintillatorelement und einen Fotosensor umfasst. Bei dem aus dieser Veröffentlichung bekannten Flachbilddetektor besteht das Szintillatorelement aus einer Szintillatorschicht und einer lichtdurchlässigen Faseroptikplatte, wobei die Szintillatorschicht auf die Faseroptikplatte aufgedampft ist. Durch die Faseroptikplatte (Glasfaserplatte, FOP – Fiber Optical Plate) wird einerseits die optische Kopplung zwischen Szintillatorschicht und Fotosensor sichergestellt, andererseits wird durch die Faseroptikplatte der etwa 30%-ige Anteil der Röntgenstrahlung geschwächt, der vom Szintillatorelement nicht absorbiert wird und auf den Fotosensor auftrifft. Bei einer ausreichenden Dicke der Faseroptikplatte (typischerweise ca. 3 mm) werden Strahlungsschäden sowie Direktkonversionen im Fotosensor, die zu einem starken Rauschen im Fotosensor und damit zu einer Verschlechterung der Bildqualität führen, weitgehend vermieden. Bei diesem Flachbilddetektor ist das Szintillatorelement mit dem Fotosensor mittels einer Kleberschicht verbunden.
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Die Verklebung des Szintillatorelements mit dem Fotosensor wird mittels eines Zwei-Komponenten-Epoxidharzes an Luft durchgeführt. Bei diesem Fertigungsprozess kann jedoch zu einer Bildung von Luftblasen in der Kleberschicht kommen, die die Abbildungseigenschaften des Flachbilddetektors verschlechtert. Falls zu viele oder zu große Luftblasen entstanden sein sollten, ist der gefertigte Flachbilddetektor aufgrund mangelhafter Abbildungseigenschaften als Ausschuss zu behandeln.
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Weiterhin ist ein Flachbilddetektor, aus der Veröffentlichung ”A wafer-scale CMOS APS imager for medical X-ray applications” bekannt. Diese Veröffentlichung wurde auf dem International Image Sensor Workshop in Bergen, Norwegen, im Juni 2009 präsentiert und steht unter der URL http://www.dalsa.com/public/corp/pdfs/papers/DALSA_IISW2009_C MOS_Medical.pdf zum Download zur Verfügung. Der aus dieser Veröffentlichung bekannte Flachbilddetektor umfasst ein Szintillatorelement aus einer Szinillatorschicht und einer Faseroptikplatte und einen Fotosensor aus wenigsens zwei Fotodiodenarrays. Die benachbarten Fotodiodenarrays werden zunächst stirnseitig über eine Kleberschicht, die in einem zwischen den benachbarten Fotodiodenarrays vorhandenen Klebespalt eingebracht ist, miteinander verbunden. Anschließend wird der Fotosensor auf die Faseroptikplatte des geklebt. Hierbei wird üblicherweise der jeweilige Klebespalt mit einem schnell aushärtenden Kleber befüllt. Dies ist fertigungstechnisch aufwendig. Bei einer zu schnellen Aushärtung des in den Klebespalt eingebrachten Klebers kann ein Höhenversatz zwischen den durch den Klebespalt voneinander beabstandeten Fotodiodenarrays auftreten. Weiterhin können im Klebespalt durch eine nicht vollständige Befüllung mit Kleber unerwünschte Hohlräume entstehen. Sowohl der Höhenversatz der Fotodiodenarrays zueinander als auch die Hohlraume im Klebespalt verschlechtern die optischen Eigenschaften des Fotosensors. Bei einer zu langsamen Aushärtung tritt der Kleber an der Unterseite des Fotosensors aus dem Klebespalt aus und es entsteht im betroffenen Bereich ein entsprechende Unebenheit oder der Fotosensor verklebt zumindest teilweise mit der Fixierunterlage. Eine möglicherweise auftretende Da für die Kleberschicht zwischen der Faseroptikplatte des Szintillatorelements ein anderer Kleber verwendet wird als für die stirnseitige Verbindung der Fotodiodenarrays, können insbesondere bei einer mangelhaften stirnseitigen Verklebung der Fotodiodenarrays Probleme bei der Benetzung der Grenzflächen zwischen den beiden Klebern entstehen. Dies führt zu einer unerwünschten Veränderung der Brechungsindizes, wodurch sich die optischen Eigenschaften verschlechtern.
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Weiterhin ist ein Flachbilddetektor bekannt, bei dem das Szintillatorelement ein röntgenstrahlendurchlässiges Aluminiumsubstrat und eine auf das Substrat aufgedampfte Szintillatorschicht umfasst. Der bekannte Flachbilddetektor umfasst weiterhin einen Fotosensor aus amorphem Silizium. Bei der Herstellung eines derartigen Flachbilddetektors werden zunächst in einem ersten Prozess die Fotodiodenarrays des Fotosensors stirnseitig verklebt. Der Fotosensor wird anschließend in einem zweien Prozess mit dem Szintillatorelement verklebt. Auch bei diesem Fertigungsprozess, der ebenfalls an Luft erfolgt, kann es zu einer unerwünschten Bildung von Luftblasen kommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flachbilddetektor mit verbesserten optischen Eigenschaften zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Flachbilddetektor gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Flachbilddetektors sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Der Flachbilddetektor nach Anspruch 1 umfasst ein Szintillatorelement und einen Fotosensor aus wenigstens zwei Fotodiodenarrays, wobei das Szintillatorelement mit dem Fotosensor mittels einer ersten Klebeschicht verbunden ist und benachbarte Fotodiodenarrays jeweils mittels einer zweiten Klebeschicht stirnseitig miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß bestehen die erste Klebeschicht und die zweite Klebeschicht aus demselben Kleber.
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Bei dem erfindungsgemäßen Flachbilddetektor werden nach dem Aufbringen des Klebers die Klebeverbindung zwischen dem Szintillatorelement und dem Fotosensor (Bonding) sowie die stirnseitige Klebeverbindung der Fotodiodenarrays des Fotosensors (Butting) im Vakuum vorgenommen. Während des Fertigungsprozesses treten dadurch weder in der ersten Klebeschicht noch in der zweiten Klebeschicht Blasen auf. Aufgrund der blasenfreien Klebeverbindungen besitzt der erfindungsgemäße Flachbilddetektor verbesserte optische Eigenschaften.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Szintillatorelement eine Szintillatorschicht und eine lichtdurchlässige Faseroptikplatte, wobei die Szintillatorschicht auf die Faseroptikplatte aufgedampft ist.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung umfasst das Szintillatorelement ein röntgenstrahlendurchlässiges Substrat und eine Szintillatorschicht, wobei die Szintillatorschicht auf das Substrat aufgedampft ist. Das Substrat kann hierbei entweder aus Aluminium oder aus Kohlenstoff bestehen.
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Die Fotodioden der Fotodiodenarrays bestehen gemäß alternativer Ausgestaltungen des Flachbilddetektors entweder aus amorphem Silizium oder aus kristallinem Silizium.
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Nachfolgend wird ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
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1 das Aufsetzen eines Fotodiodenarrays auf ein Szintillatorelement,
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2 das Szintillatorelement gemäß 1 mit aufgesetzten Fotodiodenarrays in einer Vakuumkammer.
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In 1 und 2 ist mit 1 ein Szintillatorelement bezeichnet, das im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Szintillatorschicht 2 und eine lichtdurchlässige Faseroptikplatte 3 umfasst. Die Szintillatorschicht 2 ist auf die Faseroptikplatte 3 aufgedampft.
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Das Szintillatorelement 1 bildet zusammen mit einem Fotosensor 4, der in der gezeigten Ausführungsform zwei benachbarte Fotodiodenarrays 5 und 6 umfasst, einen Flachbilddetektor.
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Die Fotodiodenarrays 5 und 5 bestehen aus einer Vielzahl von in 1 und 2 nicht dargestellten Fotodioden aus einem kristallinen Silizium und sind z. B. als ca. 5 cm·10 cm große CMOS-Kacheln ausgeführt.
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Bei dem in 1 und 2 gezeigten Flachbilddetektor ist das Szintillatorelement 1 mit dem Fotosensor 4 mittels einer ersten Klebeschicht verbunden und benachbarte Fotodiodenarrays 5 und 4 (CMOS-Kacheln) des Fotosensors 4 sind jeweils mittels einer zweiten Klebeschicht stirnseitig miteinander verbunden. Erfindungsgemäß wird für die erste Klebeschicht und für die zweite Klebeschicht derselbe Kleber verwendet.
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Bei dem verwendeten Kleber handelt es sich beispielsweise um einen Zweikomponenten-Epoxidharzkleber. Für eine blasenfreie Klebeverbindung zwischen dem Szintillatorelement 1 und dem Fotosensor 4 (Bonding) sowie für eine blasenfreie stirnseitige Klebeverbindung der Fotodiodenarrays des Fotosensors (Butting) ist es vorteilhaft, den Kleber vorher gegebenenfalls zu entgasen.
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Gemäß 1 werden auf die beiden CMOS-Kacheln 5 und 6 der Kleber 7 z. B. tropfenförmig aufgebracht. Anschließend werden die CMOS-Kacheln 5 und 6 in Pfeilrichtung 8 abgesenkt. Bei der CMOS-Kachel 5 ist dies bereits erfolgt.
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Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Klebers 7 im auf den CMOS-Kacheln 5 und 6 und auf der Faseroptikplatte 3 zu erzielen und damit eine möglichst homogene erste Klebeschicht 21 zwischen dem Szintillatorelement 1 und dem Fotosensor 4 sicherzustellen, wird der auf einer Justiervorrichtung 9 vormontierte Flachbilddetektor in eine Vakuumkammer 10 eingebracht. Nach dem Einbringen der mit dem Flachbilddetektor bestückten Justiervorrichtung 9 in die Vakuumkammer 10 wird diese zumindest einmal evakuiert und anschließend wieder belüftet. Hierzu weist die Vakuumkammer 10 eine Vakuumpumpe 12 sowie ein Belüftungsventil 13 auf. Durch diese Maßnahme wird der Spalt zwischen den CMOS-Kacheln 5 und 6 des Fotosensors 4 und der Faseroptikplatte 3 luftblasenfrei mit dem Kleber 7 aufgefüllt (Bonding). Auf diese Weise kann für die erste Klebeschicht 21 eine Schichtdicke kleiner als 100 μm (Kleberfilm) erzielt werden.
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Um die Fotodiodenarrays 5 und 6 (CMOS-Kacheln) stirnseitig miteinander durch eine zweite Klebeschicht 22 zu verbinden, wird in der Spalt zwischen den CMOS-Kacheln 5 und 6 mit dem Kleber 7 befüllt (Butting). Hierzu wird der anfangs zwischen den beiden CMOS-Kacheln 5 und 6 vorhandene Montageabstand (im mm-Bereich) mittels wenigstens einer Mikrometerschraube 11 nach und nach reduziert.
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Als besonders vorteilhaft für das Befüllen der Spalte zwischen den CMOS-Kacheln 5 und 6 hat sich eine Erwärmung des vormontierten und in der Justiervorrichtung 9 gehaltenen Flachbilddetektors erwiesen. Durch die Erwärmung wird der Kleber 7 dünnflüssiger und kann damit auch in Spalte kleiner 20 μm fließen, ohne dass in der hierbei entstehenden zweiten Klebeschicht 22 störende Reflexionserscheinungen auftreten. Während der wechselweisen Evakuierung und Belüftung der Vakuumkammer 10 wird der Abstand zwischen den CMOS-Kacheln 5 und 6 mit der Mikrometerschraube 11 reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- M. Spahn, ”Flat detectors and their clinical applications” in Eur Radiol (2005), 15: 1934–1947 [0002]
- ”OPDIMA: Large-area CCD-based X-ray image sensor for spot imaging and biopsy control in mammography”, Proc. SPIE 3659, 150–158 (1999) [0003]
- http://www.dalsa.com/public/corp/pdfs/papers/DALSA_IISW2009_C MOS_Medical.pdf [0005]
