DE102012221988B4

DE102012221988B4 - Verfahren zur Herstellung eines sandwichartig aufgebauten elektronischen Bauteils, elektronisches Bauteil, Detektorelement und Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE102012221988B4
Application number: DE102012221988.9A
Authority: DE
Inventors: Miguel Labayen de Inza; Markus SICKER; Jan Wrege
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2032-12-01
Also published as: US9764531B2; DE102012221988A1; US20140154473A1; CN103872169A; CN103872169B

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines sandwichartig aufgebauten elektronischen Bauteils (1) aus mindestens zwei miteinander zu verklebenden Funktionsschichten (3, 4), aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:- Erzeugen eines Sandwichs aus zumindest zwei Funktionsschichten (3, 4), wobei sich die Funktionsschichten (3, 4) mit benachbarten Oberflächen zumindest teilweise berühren und mindestens eine der Funktionsschichten (4) zur anderen Funktionsschicht hin offene Kanäle (9) aufweist, die von mindestens einem Rand der mindestens einen Funktionsschicht nach innen verlaufen, wobei sich ausschließlich in mindestens einem der Kanäle (9) ein durch UV-Strahlung aushärtbarer erster Klebstoff (7.1) befindet, der jeweils in Form von Raupen in den mindestens einen Kanal (9) eingebracht wird, und die benachbarten Funktionsschichten (3, 4) berührt, und- Einbringen von UV-Strahlung (10) von mindestens einem Rand über die Kanäle (9) zur durchgehenden Aushärtung des ersten Klebstoffs (7.1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines sandwichartig aufgebauten elektronischen Bauteils aus mindestens zwei miteinander verklebten Funktionsschichten und ein elektronisches Bauteil, aufweisend mindestens zwei sandwichartig miteinander verklebte Funktionsschichten.
Solche Verfahren zur Herstellung elektronischer Bauteile und solche elektronische Bauteile sind allgemein bekannt. Beispielsweise wird auf die Patentanmeldung DE 10 2010 062 035 A1 verwiesen, die ein solches Herstellungsverfahren für einen Strahlungsdetektor zeigt. Dort wird eine Klebstoffschicht mit Hilfe eines Tragrahmens auf eine erste Funktionsschicht aufgebracht und diese dann nach Abziehen einer Schutzschicht mit einer zweiten Funktionsschicht sandwichartig verklebt.
Soll bei einem solchen Verfahren die Klebstoffschicht ausgehärtet werden, so kann dies unter Verwendung eines entsprechend geeigneten Klebstoffes, beispielsweise durch einbringen von Druck, erhöhter Temperatur oder UV-Strahlung, erfolgen. Nachteilig ist dabei, dass die Einbringung von Druck oder Temperatur zu Schäden oder Eigenschaftsveränderungen an den Funktionsschichten führen kann. Würde ein durch UV-Strahlung (UV = ultraviolett, UV-Strahlung = Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich) aushärtender Klebstoff verwendet werden, so wäre die Aushärtung vom Rand der Bauteile ausgehend nach innen immer geringer, so dass die Verklebung randseitig zwar gut gehärtet, jedoch in zentraleren Bereichen der Verklebung noch weich wäre. Entsprechend könnten auch Volumenveränderungen im Klebstoff auftreten, die zu starken mechanischen Belastungen und damit verbundenen Schäden führen würden.
Als weiteren Stand der Technik wird auf die Druckschrift JP 2000 260 788 A verwiesen. Dort wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus mehreren Funktionsschichten beschrieben, bei dem eine der Funktionsschichten zwar mehrere Kanäle aufweist, ein Klebstoff jedoch über die gesamte Funktionsschicht verteilt und nicht ausschließlich in den Kanälen eingebracht wird. Außerdem wird auf die Druckschriften DE 10 2007 010 540 A1 , DE 196 04 081 A1 sowie WO 2007/ 066 110 A1 verwiesen, die ebenfalls zum Stand der Technik gehören.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für solch sandwichartig aufgebaute elektronische Bauteile zu finden, bei dem die Verklebung möglichst gleichmäßig aushärtet und gleichzeitig möglichst geringe Druck- und Temperaturbelastungen entstehen. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung ein solches sandwichartiges elektronisches Bauteil sowie ein Detektorelement und einen Strahlendetektor bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben erkannt, dass das Problem der unterschiedlichen Aushärtung des durch UV-Strahlung aushärtenden Klebstoffes vor allem an der geringen Eindringtiefe der UV-Strahlung in den Spalt zwischen den beiden zu verklebenden Funktionsschichten liegt. Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass es möglich ist, sandwichartig zusammengesetzte elektronische Bauteile so auszugestalten und herzustellen, dass eine seitlich vom Bauteil beaufschlagte UV-Strahlung wesentlich besser in der zwischen den Funktionsschichten liegenden Klebstoffschicht verteilt wird, wenn auf zumindest einer Seite der Klebstoffschicht in der dort angeordneten Funktionsschicht Spalte oder Kanäle erzeugt werden, in die ein durch die UV-Strahlung aushärtender erster Klebstoff eingebracht wird, so dass das UV-Licht durch die relativ großen Kanäle bis nach innen vordringen kann und den Klebstoff durchgehend aushärtet. Dabei hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, dass nun auf eine vollflächige Klebstoffschicht zwischen den beiden Funktionsschichten verzichtet werden kann und dadurch ein wesentlich präziseres Zusammenfügen der Funktionsschichten möglich wird. Da nun die zunächst weiche Klebstoffschicht zwischen den Funktionsschichten fehlt, passen die freibleibenden Oberflächen der Funktionsschichten passgenauer aufeinander. Durch die weitgehend gleichmäßige Aushärtung des Klebstoffs wird auch erreicht, dass einerseits die Haltekraft des Klebstoffes verbessert ist und andererseits die aushärtungsbedingte Volumenveränderung des Klebstoffs gleichmäßig über die gesamte Fläche der Funktionsschichten erfolgt. Dadurch werden Spannungen vermieden und es treten keine druck- und temperaturbedingten Belastungen an den Funktionsschichten auf.
Somit eignet sich ein derartiges Herstellungsverfahren besonders für elektronische Bauteile eines Strahlungsdetektors, welcher strahlungssensitive Halbleiter, insbesondere Halbleiter mit einem Substratmaterial aus CdTe, CdZnTe, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr₂, oder HgI₂, aufweist, insbesondere für quantenzählende Strahlungsdetektoren, insbesondere für CT-Systeme. Bei solchen Bauteilen werden meist die Halbleiter-Strahlungsdetektoren mit einem Halbleiter-Auslese- und - Prozessor-Substrat, beispielsweise einem ASIC, verklebt. Die sich so ergebende Hybrid-Baugruppe wird wiederum auf ein Substrat aufgeklebt und die gesamte Einheit mit einem Träger verbunden.
Zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Spalte oder Kanäle, durch die vom Rand her UV-Strahlung zum Inneren der zu verklebenden Fläche der Funktionsschichten geleitet wird, können entweder Vertiefungen in einer ansonsten glatten Fläche erzeugt werden oder es können Erhebungen auf einer glatten Fläche gebildet werden, so dass jeweils zwischen den Erhebungen Vertiefungen ausgebildet sind.
Weiterhin kann die Verteilung des eingestrahlten UV-Lichtes besonders günstig gestaltet sein, wenn die Oberflächen der Kanäle zumindest teilweise verspiegelt ausgebildet sind. Dadurch kann das in die Kanäle einfallende Licht besonders gut in die darüber oder darunter angeordnete Klebstoffschicht einfallen und diese aushärten.
Die Erfinder haben auch erkannt, dass eine weitere günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens durch eine Kombination aus einer Verklebung zweier Funktionsschichten mit UV-aushärtendem Klebstoff und einer Verklebung mit thermisch aushärtendem Klebstoff erzeugt werden kann. Hierzu werden in die Kanäle sowohl ein UV-aushärtender erster Klebstoff als auch ein durch Wärme aushärtender zweiter Klebstoff gefüllt. Dies kann jeweils in separaten Kanälen geschehen oder auch parallel oder abschnittsweise in denselben Kanälen.
Auf diese Weise kann nach dem passgenauen Aufeinanderbringen der Funktionsschichten zunächst durch UV-Strahlung der UVaushärtende Anteil des Klebstoffes ausgehärtet werden, wodurch eine schnelle Fixierung der Funktionsschichten erreicht wird. Diese gegeneinander fixierten Funktionsschichten können dann problemlos einer schonenden thermischen Behandlung unterzogen werden, durch welche der restliche thermisch aushärtbare Klebstoff ausgehärtet wird. Da eine solche Aushärtung nicht mehr unbedingt Vorrichtungen zur Fixierung der Funktionsschichten benötigt, kann eine solche Aushärtung relativ lange dauern und damit schonend erfolgen, ohne dass besondere Vorrichtungen besetzt werden würden und damit keine besonderen Produktionsmittel benötigt werden.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Verklebung mindestens zweier Funktionsschichten und deren Ausgestaltung auch in Kombination mit durch „bump bonding“ verbundenen Elementen oder Funktionsschichten verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine erste strahlungsdetektierende Funktionsschicht mit einer zweiten auslesenden Funktionsschicht durch ein „bump bonding“-Verfahren miteinander verbunden sein, während die zweite Funktionsschicht mit einer dritten Funktionsschicht, zum Beispiel einer Substratschicht, durch Verklebung mit UV-härtendem Klebstoff verbunden ist. In diesem Fall befinden sich die Kanäle vorzugsweise in der dritten Funktionsschicht. Hierbei kann zusätzlich die dritte Funktionsschicht auf einer vierten Funktionsschicht, zum Beispiel einer Trägerschicht, aufgeklebt sein. Vorzugsweise kann diese Verklebung auch durch einen UV-aushärtenden Klebstoff in Verbindung mit entsprechend angeordneten Kanälen in der dritten und/oder vierten Funktionsschicht ausgeführt werden. Diese Verklebungen mit UV-aushärtendem Klebstoff können auch durch Verklebungen mit thermisch aushärtendem Klebstoff ergänzt werden, wobei es auch möglich ist, für alle zu verklebenden Funktionsschichten zunächst nacheinander folgende Verklebungen durch UV-aushärtenden Klebstoff auszuführen und anschließend in einem gemeinsamen Schritt die thermische Aushärtung des bei allen Verklebungen zusätzlich verwendeten thermisch aushärtenden Klebstoff durchzuführen.
Demgemäß schlagen die Erfinder ein Verfahren zur Herstellung eines sandwichartig aufgebauten elektronischen Bauteils aus mindestens zwei miteinander zu verklebenden Funktionsschichten vor, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

- Erzeugen eines Sandwich aus zumindest zwei Funktionsschichten, wobei sich die Funktionsschichten mit benachbarten Oberflächen zumindest teilweise berühren und mindestens eine der Funktionsschichten zur anderen Funktionsschicht hin offene Kanäle aufweist, die von mindestens einem Rand der mindestens einen Funktionsschicht nach innen verlaufen, wobei sich ausschließlich in mindestens einem der Kanäle ein durch UV-Strahlung aushärtbarer erster Klebstoff befindet, der jeweils in Form von Raupen in den mindestens einen Kanal eingebracht wird, und die benachbarten Funktionsschichten berührt, und
- Einbringen von UV-Strahlung von mindestens einem Rand über die Kanäle zur durchgehenden Aushärtung des ersten Klebstoffs.

Durch dieses Verfahren kann sichergestellt werden, dass auch Flächenbereiche, die sandwichartig beidseitig von undurchsichtigen Funktionsschichten bedeckt sind und nicht randseitig angeordnet sind, trotzdem ausreichend UV-Strahlung erhalten, um eine gleichmäßige Aushärtung des Klebstoffes zu gewährleisten.
Offene Kanäle im Sinne dieser Schrift sind jegliche Vertiefungen in Oberflächen, die an ihrer Längsseite offen sind. Vorzugsweise sollen die Kanäle zumindest in den Bereichen, in denen der erste Klebstoff vorliegt, UV-lichtdurchlässig ausgebildet sein. Unter UV-lichtdurchlässig wird verstanden, dass die Kanäle derart ausgebildet sein sollen, dass zumindest von einer Randseite aus UV-Strahlung durch eine randseitige Öffnung des Kanals in den Kanal vordringen kann. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass die Form des Kanals in der Regel weitgehend geradlinig verlaufen sollte. Allerdings können auch Krümmungen durch entsprechende Verspiegelungen ausgeglichen werden. Wesentlich ist dabei, dass UV-Strahlung von einem Ende oder Anfang eines Kanals so weit in den Kanal vordringen kann, dass der im Kanal befindliche erste Klebstoff durch das über den Kanal eindringende UV-Licht ausgehärtet werden kann.
Wenn das oben beschriebene Verfahren auch dazu geeignet ist eine Verklebungen zwischen zwei Funktionsschichten ausschließlich durch UV-aushärtenden Klebstoff zu erzeugen, so kann es unter bestimmten Umständen noch günstiger sein, wenn zusätzlich ein Klebstoff verwendet wird, der thermisch aushärtet und dazu die Verklebung derart ausgeführt wird, dass:

- sich in mindestens einem Kanal ein zweiter durch Wärme aushärtbarer Klebstoff befindet, der die benachbarten Funktionsschichten berührt,
- und nach dem Aushärten des ersten Klebstoffs eine Wärmebehandlung zur Aushärtung des zweiten Klebstoffs erfolgt.

Bei einer Verwendung eines ersten und eines zweiten Klebstoffes, kann es günstig sein, die Klebstoffe getrennt in getrennte Kanäle einzubringen, so dass mindestens zwei Kanäle jeweils ausschließlich den ersten Klebstoff oder ausschließlich den zweiten Klebstoff aufweisen. Durch diese Ausführung wird vermieden, dass die beiden Klebstoffarten sich durchmischen oder ungewünschte chemische Reaktionen zwischen ihnen ablaufen.
Alternativ oder auch in Kombination ist es jedoch auch möglich, dass mindestens ein Kanal sowohl den ersten Klebstoff als auch den zweiten Klebstoff aufweist. Hierzu können zum Beispiel jeweils parallel oder abschnittsweise abwechselnd in einem Kanal zwei Raupen mit unterschiedlichem Klebstoff eingebracht werden.
Zur Einbringung des Klebstoffes können spezielle Applikationsvorrichtungen dienen, die zum Beispiel den ersten Klebstoff und/oder den zweiten Klebstoff als Raupe in den Kanal applizieren. Beispielsweise kann hier ein zweikammeriger Applikator verwendet werden, der über miteinander gekoppelt angetriebene Kolben gleichzeitig zwei Klebstoffraupen erzeugt, deren Relativvolumen zueinander eindeutig definiert ist.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Einbringung des Klebstoffes oder der Klebstoffe zu unterschiedlichen gleichen oder getrennten Zeitpunkten und Zuständen des Sandwichaufbaues der Funktionsschichten erfolgen. So ist es möglich, dass der erste Klebstoff und/oder der zweite Klebstoff in den Kanal eingebracht werden beziehungsweise wird, bevor das Sandwich aus erster Funktionsschicht und zweiter Funktionsschicht gebildet wird. Hierbei wird zumindest einer der Klebstoffe in den längsseits offenen Kanal appliziert, bevor die erste und zweite Funktionsschicht sandwichartig aufeinander gelegt werden. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass die offenen Kanäle für die Applikation leicht zugänglich sind, allerdings bei der Dosierung des Klebstoffes darauf geachtet werden muss, dass gerade die richtige Menge appliziert wird, um einerseits den Kanal ausreichend zu füllen und andererseits einen seitlichen Austritt von Klebstoff aus den Kanälen zu vermeiden, damit zwischen die aufeinander liegenden Oberflächen der Funktionsschichten kein Klebstoff eindringt.
Alternativ kann auch zuerst das Sandwich aus erster und zweiter Funktionsschicht gebildet werden und dann in einen oder mehrere - nun auf der Längsseite geschlossene - Kanäle der erste Klebstoff und/oder der zweite Klebstoff eingebracht werden. Bei dieser Variante ist es vorteilhaft, dass die Funktionsschichten bereits aufeinander liegen, so dass der einzubringende Klebstoff nicht mehr zwischen die unmittelbar aneinander liegenden Oberflächen der Funktionsschichten dringen kann. Zuviel applizierter Klebstoff kann aus den endständigen Öffnungen der sonst nun geschlossenen Kanäle austreten.
Möglich ist auch eine Kombination beider Verfahren, wobei besonders vorteilhaft der erste Klebstoff in mindestens einen offenen Kanal appliziert wird, danach das Sandwich gebildet wird, der erste Klebstoff durch UV-Strahlung ausgehärtet wird und danach in die nun geschlossenen, noch freien Kanäle der thermisch aushärtende zweite Klebstoff injiziert wird.
Für das Einbringen des ersten Klebstoffs und/oder des zweiten Klebstoffs kann beispielsweise eine Nadel an einer Applikationsvorrichtung verwendet werden. Hierzu kann die Nadel zunächst in den oder die Kanäle eingeführt werden und während der Applikation von Klebstoff herausgezogen werden.
Wird eine solche kombinierte Verklebung verwendet, so kann es für den Herstellungsprozess besonders förderlich sein, wenn im Falle einer Verklebung von mehr als zwei Funktionsschichten, die Aushärtung aller zweiten Klebstoffe durch Wärme erst nach einer Fixierung aller Funktionsschichten mit Hilfe der UV-aushärtenden ersten Klebstoffschichten erfolgt. Es wird also zunächst eine Fixierung der Funktionsschichten untereinander mit Hilfe von UV-aushärtendem Klebstoff vorgenommen und anschließend das gesamte Bauteil zur gleichzeitigen thermischen Aushärtung mehrerer Klebstoffschichten insgesamt und in einem einzigen Schritt vorgenommen.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren können als Funktionsschichten mindestens eine der folgenden Schichten aus der nachfolgenden Liste verwendet werden: Szintillatorschicht, Photosensorschicht, Ausleseelektronikschicht, Substratschicht, Trägerschicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schlagen die Erfinder auch ein elektronisches Bauteil vor, welches mindestens zwei sandwichartig miteinander durch Klebstoff verklebte benachbarte Funktionsschichten besitzt. Erfindungsgemäß sind die mindestens zwei benachbarten Funktionsschichten derart angeordnet, dass sie zumindest teilweise unmittelbaren Kontakt ausüben, weiterhin weist zumindest eine der Funktionsschichten eine zur benachbarten Funktionsschicht gewandte Oberfläche auf, welche UV-lichtdurchlässige Kanäle ausbildet, die sich von mindestens einem Rand der Funktionsschicht nach innen erstrecken, wobei ein erster Klebstoff, der die Funktionsschichten miteinander verbindet, ein durch UV-Strahlung durchgehend ausgehärteter Klebstoff ist, und dieser erste Klebstoff ausschließlich in mindestens einem der Kanäle angeordnet ist.
Günstig ist es, wenn bei einem solchen elektronischen Bauteil zumindest ein Teil der Kanäle durch eine Vertiefung oder einen Einschnitt in die Funktionsschicht gebildet ist. Weiterhin kann auch zumindest ein Teil der Kanäle durch Erhöhungen auf der Funktionsschicht ausgebildet werden.
Zur besseren Verteilung des UV-Lichtes durch die Kanäle kann mindestens ein Kanal eine verspiegelte Oberfläche und/oder eine vom Rand der Funktionsschicht nach innen sich vermindernde Tiefe aufweisen.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn bei einem solchen elektronischen Bauteil in mindestens einem Kanal ein zweiter durch Wärme ausgehärteter Klebstoff angeordnet ist und/oder in mindestens einem Kanal sowohl der erste Klebstoff als auch der/ein zweite(r) Klebstoff angeordnet ist, der durch Wärme aushärtet. Hierdurch wird es möglich, zunächst die Funktionsschichten relativ zueinander mit UV-aushärtendem Klebstoff zu fixieren und danach einen Aushärtungsprozess für einen durch Wärme aushärtenden Klebstoff auszuführen.
Zum Rahmen der Erfindung zählen insbesondere elektronische Bauteile, bei denen zumindest eine der zwei miteinander verklebten Funktionsschichten aus der nachfolgenden Liste der Funktionsschichten entnommen sind: Szintillatorschicht, Photosensorschicht, Ausleseelektronikschicht, Substratschicht, Trägerschicht.
Vorteilhaft kann weiterhin bei dem elektronischen Bauteil die erste Funktionsschicht eine Ausleseelektronikschicht und die zweite Funktionsschicht eine Substratschicht sein, wobei die Kanäle in der Substratschicht angeordnet sind. Dabei kann zusätzlich unter der Substratschicht eine Trägerschicht angeordnet sein, wobei die Kanäle in der Trägerschicht und/oder der Substratschicht verlaufen.
Zum Rahmen der Erfindung zählt außerdem, dass das elektronische Bauteil Bestandteil eines Strahlungsdetektors ist.
Insbesondere ist es günstig, wenn derartige elektronische Bauteile durch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren hergestellt sind.
Weiterhin zählen zum Rahmen der Erfindung ein Detektorelement eines Strahlungsdetektors, welches ein elektronisches Bauteil mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist und auch ein Strahlungsdetektor, insbesondere ein Strahlungsdetektor eines CT-Systems, mit einer Vielzahl an Detektorelementen, welcher mindestens ein erfindungsgemäßes Detektorelement aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: elektronisches Bauteil; 2: Szintillatorschicht; 3: Ausleseelektronikschicht; 4: Substratschicht; 5: Trägerschicht; 6: bump bonding; 7: Klebstoff; 7.1: durch UV-Strahlung aushärtender Klebstoff; 7.2: durch thermische Behandlung aushärtender Klebstoff; 8: Drahtverbindung; 9: Kanäle; 9.1: Kanalboden; 10: UV-Strahlung; T: Tiefe.
Es zeigen im Einzelnen:

1 ein elektronisches Bauteil im Längsschnitt mit sandwichartig durch Verklebung und „bump bonding“ verbundene Funktionsschichten gemäß dem Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung des Aufbaues eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils mit zwei sandwichartig angeordneten Funktionsschichten, die durch in Kanälen befindlichen ersten Klebstoff verbunden werden;
3 ein elektronisches Bauteil im Längsschnitt mit zwei sandwichartig angeordneten Funktionsschichten, die durch in Kanälen befindlichen ersten UV-aushärtenden Klebstoff verbunden werden, wobei in einer Funktionsschicht Kanäle eingelassen sind;
4 ein elektronisches Bauteil im Längsschnitt mit zwei sandwichartig angeordneten Funktionsschichten, die durch in Kanälen befindlichen ersten UV-aushärtenden Klebstoff verbunden werden, wobei auf der einen Funktionsschicht Kanäle durch Erhöhungen erzeugt sind;
5 eine Aufsicht auf ein elektronisches Bauteil mit Kanälen für den Klebstoff;
6 ein elektronisches Bauteil im Längsschnitt mit vier sandwichartig angeordneten Funktionsschichten, mit „bump bonding“ zwischen der Szintillatorschicht und der Ausleseelektronikschicht, und Kanälen zur Verklebung in der Substratschicht und der Trägerschicht;
7 einen Längsschnitt durch einen Kanal eines elektronischen Bauteils zur UV-Licht-Einleitung mit linear ansteigendem Kanalboden;
8 einen Längsschnitt durch einen Kanal eines elektronischen Bauteils zur UV-Licht-Einleitung mit parabelförmig ansteigendem Kanalboden und
9 eine Aufsicht auf ein elektronisches Bauteil mit Kanälen für Klebstoff, die abschnittsweise mit durch UV-Strahlung aushärtendem Klebstoff und durch Wärme aushärtendem Klebstoff gefüllt sind.

Die 1 zeigt ein elektronisches Bauteil 1 gemäß dem bekannten Stand der Technik im Längsschnitt mit sandwichartig durch Verklebung und „bump bonding“ verbundene Funktionsschichten. Konkret handelt es sich um das elektronische Bauteil 1 eines quantenzählenden Detektorelementes eines CT-Detektors. Als Funktionsschichten sind von oben nach unten eine Szintillatorschicht 2 gefolgt von einer Ausleseelektronikschicht 3 gezeigt, die über „bump bonding“ miteinander verbunden sind. Anschließend folgt eine Substratschicht 4, die mit der Ausleseelektronikschicht über eine Schicht aus Klebstoff 7 verbunden ist. Weiterhin wird die Ausleseelektronikschicht 3 über frei liegende Drahtverbindungen 8 mit nicht näher dargestellten Leiterbahnen auf der Substratschicht 4 verbunden.
Erfindungsgemäß soll der Klebstoff 7 zumindest teilweise durch einen mit UV-Strahlung aushärtbaren Klebstoff 7.1 gebildet werden, wobei durch Kanäle vom Rand her UV-Strahlung auch an randentfernte Bereiche des Klebstoffs 7.1 geleitet werden, um auch in Bereichen eine Aushärtung erzeugen zu können, die sich im Inneren des durch die Funktionsschichten gebildeten Sandwich befinden.
In der 2 wird beispielhaft dargestellt, wie auf erfindungsgemäße Weise ein Sandwich aus zwei Funktionsschichten hergestellt werden kann. Hierzu kann die oben gezeigte Substratschicht 4 verwendet werden, welche auf ihrer Oberseite eine Vielzahl von Kanälen 9 aufweist, die auf einer Längsseite offen sind. In diese Kanäle 9 wird jeweils ein Klebstoff, hier ein UV-aushärtender erster Klebstoff 7.1 in Form von Raupen eingebracht. Anschließend wird die Funktionsschicht 3 - hier eine Ausleseelektronikschicht, die bereits über ein „bump bonding“-Verfahren mit einer Szintillatorschicht 2 verbunden ist - auf die Substratschicht aufgelegt, wobei sich die erste Klebstoff 7.1 gleichmäßig in den Kanälen 9 verteilt und durch seitliches einbringen von UV-Strahlung ausgehärtet werden kann. Auf diese Weise entsteht das in der 2 unten gezeigte sandwichartige Gebilde eines elektronischen Bauteils.
In den 3 und 4 sind zwei - bezüglich der Kanäle - unterschiedliche Varianten einer solchen Ausführung eines elektronischen Bauteiles 1 im Längsschnitt dargestellt. Die 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Kanäle 9 in die Substratschicht 4, also in eine der Funktionsschichten eingelassen wurden. Erfindungsgemäß können jedoch die Kanäle 9 auch in beiden Funktionsschichten vorliegen. Dabei ist es beispielsweise auch möglich in die Kanäle einer Funktionsschicht einen ersten, UV-härtenden Klebstoff einzubringen und in die Kanäle der anderen Funktionsschicht den zweiten, thermisch härtenden Klebstoff einzubringen. Sinnvoller Weise sollten die Kanäle dabei so angeordnet sein, dass sie im zusammengesetzten Zustand des Sandwich versetzt zueinander angeordnet sind.
In der 4 ist eine andere erfindungsgemäß ausgestaltete Variante des Bauteils entsprechend der 2 gezeigt. Hier sind die Kanäle 9 nicht durch eine Vertiefung im Substratmaterial gebildet, sondern es sind Erhöhungen auf der Substratschicht 4 aufgebracht, welche zwischen sich die Kanäle 9 ausbilden. Vorzugsweise sind solche Kanäle 9 geradlinig ausgestaltet, allerdings kann bei entsprechender Wandverspieglung oder bei entsprechender Füllung der Kanäle 9 mit lichtleitendem Material oder durch entsprechende Verspieglung der Kanalwände auch eine Krümmung der Kanäle 9 ermöglicht werden. Ein weiteres Merkmal, das in der 4 dargestellt ist, betrifft den in den Kanälen verwendeten Klebstoff. Hier sind zwei Kanäle 9 mit einem ersten, UV-härtenden Klebstoff 7.1 gefüllt, während die restlichen Kanäle 9 mit einem zweiten, thermisch aushärtenden Klebstoff 7.2 gefüllt sind. Auf diese Weise können die Funktionsschichten 3 und 4 zunächst mit Hilfe des UV-gehärteten Klebstoffes 7.1 relativ zueinander fixiert werden und erst anschließend ohne weitere separate Fixierungen einer Wärmebehandlung zur Aushärtung des zweiten Klebstoffes 7.2 zugeführt werden.
Eine beispielhafte Verteilung der Kanäle 9 über die Funktionsschicht ist in der 5 dargestellt. Die 5 zeigt eine Aufsicht auf ein elektronisches Bauteil mit im Bereich der Klebstoffschicht angeordneten Kanälen 9. Die seitlich einfallende UV-Strahlung 10 wird entlang der Kanäle 9 durch den Klebstoff hindurch an die Innenbereiche des Sandwich geleitet, wo sie den Klebstoff aushärten.
Würden solche Kanäle nicht vorliegen, wäre eine Klebstoffschicht zwischen den zwei Funktionsschichten notwendig, worunter einerseits die Maßhaltigkeit des Sandwiches bezüglich seiner Gesamtdicke leiden würde und andererseits nicht sicherzustellen wäre, dass durch UV-Behandlung innen liegende Bereiche dieser Klebstoffschicht ausreichend aushärten.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils 1 ist in der 6 dargestellt, die einen Längsschnitt mit vier sandwichartig angeordneten Funktionsschichten, mit „bump bonding“ zwischen den Szintillatorschicht 2 und der Ausleseelektronikschicht 3 zeigt. Die Ausleseelektronikschicht 3 und die Substratschicht 4 einerseits und die Substratschicht 4 und die Trägerschicht 5 andererseits werden durch Klebstoff in den erfindungsgemäßen Kanälen 9 verbunden, wobei abwechselnd eine erster Klebstoff 7.1 und ein zweiter Klebstoff 7.2 verwendet wird. Damit entspricht das elektronische Bauteil im oberen Teil der Ausführung aus der 4, wobei zusätzlich unten eine Trägerschicht 5 mit der Substratschicht 4 verklebt ist.
Zur besseren Verteilung des über die Kanäle 9 eingestrahlten UV-Lichtes wird erfindungsgemäß auch vorgeschlagen, die Wandungen der Kanäle zumindest teilweise zu verspiegeln. Besonders günstig kann es dabei auch sein, wenn die Kanäle 9 einen Querschnitt aufweisen, der vom Randbereich aus nach innen sich vermindert. Beispielsweise kann, wie in der 7 gezeigt, eine linear ansteigender Kanalboden 9.1 verwendet werden oder es kann, wie in der 8 gezeigt, ein gekrümmter, vorzugsweise parabelförmig ansteigender, Kanalboden 9.1 verwendet werden. Bei beiden Varianten vermindert sich die Tiefe T des Kanals von außen nach innen fortschreitend. Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, dass das UV-Licht 10 den Kanal 9 einfach durchläuft ohne im Klebstoff zu wirken.
Wie bereits oben erwähnt zählt zur Erfindung auch ein Verfahren beziehungsweise ein elektronisches Bauteil, bei dem die Verklebung mit UV-aushärtendem Klebstoff 7.1 lediglich einer anfänglichen Fixierung der Funktionsschichten untereinander dient. Dabei wird zusätzlich eine Verklebung mit thermisch aushärtendem Klebstoff 7.2 ausgeführt. Anstelle einzelne Kanäle 9 durchgehend mit jeweils einer einzigen Sorte Klebstoff zu füllen oder innerhalb eines Kanals zwei Klebstoffsorten entlang des gesamten Kanals einzufüllen, kann auch abschnittsweise unterschiedlicher Klebstoff in die Kanäle eingebracht werden. In der 9 ist eine solche Ausgestaltung eines Bauteils in einer Aufsicht dargestellt. Grundsätzlich entspricht diese Figur der Darstellung aus 5, allerdings sind hier die Kanäle 9 in den außen liegenden Abschnitten jeweils mit einem ersten, UV-härtenden Klebstoff 7.1 gefüllt und in den innen liegenden Abschnitten mit einem zweiten, thermisch aushärtenden Klebstoff 7.2 gefüllt. Hierdurch wird erreicht, dass der erste Klebstoff 7.1 besonders gut durch der UV-Strahlung zugänglich ist und damit besonders schnell und gleichmäßig aushärtet, während der innen angeordnete zweite, thermisch aushärtende Klebstoff 7.2 über eine schonende thermische Behandlung ausgehärtet werden kann, durch die die verwendete Szintillatorschicht nicht beeinträchtigt wird. Vorteilhaft ist hierbei auch, dass nach der ersten UV-Behandlung die Kanäle sicher geschlossen sind und aus den Innenbereichen der noch weiche zweite Klebstoff auch bei einer längeren Zwischenlagerung nicht ausfließen kann. Auch durch die Aufwärmung dieses zweiten Klebstoffes, der in der Regel auch zu einer Verflüssigung führt, tritt so kein Klebstoff nach außen aus.
Insgesamt wird mit der Erfindung also ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils aus mindestens zwei Funktionsschichten vorgeschlagen, wobei eine der Funktionsschichten zur anderen Funktionsschicht hin offene Kanäle aufweist, die von einem Rand der Funktionsschicht nach innen verlaufen, und wobei sich in mindestens einem der Kanäle ein Klebstoff befindet, der die benachbarten Funktionsschichten berührt, und durch Einbringen von UV-Strahlung über die Kanäle eine Aushärtung des Klebstoffs erfolgt. Weiterhin wird auch ein elektronisches Bauteil vorgeschlagen, mit mindestens zwei sandwichartig miteinander verklebten benachbarten Funktionsschichten, wobei zumindest eine der Funktionsschichten Kanäle aufweist, die sich von mindestens einem Rand der Funktionsschicht nach innen erstrecken und in diesen Kanälen ein durch UV-Strahlung ausgehärteter Klebstoff angeordnet ist. Schließlich zählen zur Erfindung auch ein Detektorelement eines Strahlungsdetektors mit einem solchen elektronischen Bauteil und ein Strahlungsdetektor mit einem solchen Detektorelement.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines sandwichartig aufgebauten elektronischen Bauteils (1) aus mindestens zwei miteinander zu verklebenden Funktionsschichten (3, 4), aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: - Erzeugen eines Sandwichs aus zumindest zwei Funktionsschichten (3, 4), wobei sich die Funktionsschichten (3, 4) mit benachbarten Oberflächen zumindest teilweise berühren und mindestens eine der Funktionsschichten (4) zur anderen Funktionsschicht hin offene Kanäle (9) aufweist, die von mindestens einem Rand der mindestens einen Funktionsschicht nach innen verlaufen, wobei sich ausschließlich in mindestens einem der Kanäle (9) ein durch UV-Strahlung aushärtbarer erster Klebstoff (7.1) befindet, der jeweils in Form von Raupen in den mindestens einen Kanal (9) eingebracht wird, und die benachbarten Funktionsschichten (3, 4) berührt, und - Einbringen von UV-Strahlung (10) von mindestens einem Rand über die Kanäle (9) zur durchgehenden Aushärtung des ersten Klebstoffs (7.1).
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: - sich in mindestens einem Kanal (9) ein zweiter durch Wärme aushärtbarer Klebstoff (7.2) befindet, der die benachbarten Funktionsschichten (3, 4) berührt, - und nach dem Aushärten des ersten Klebstoffs (7.1) eine Wärmebehandlung zur Aushärtung des zweiten Klebstoffs (7.2) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kanäle (9) jeweils ausschließlich den ersten Klebstoff (7.1) oder ausschließlich den zweiten Klebstoff (7.2) aufweisen.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kanal (9) sowohl den ersten Klebstoff (7.1) als auch den zweiten Klebstoff (7.2) aufweist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klebstoff (7.1) und/oder der zweite Klebstoff (7.2) jeweils mit Hilfe einer Applikationsvorrichtung als Raupe in den Kanal (9) eingebracht werden/wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klebstoff (7.1) und der zweite Klebstoff (7.2) mit Hilfe einer mehrkammerigen Applikationsvorrichtung als parallel verlaufende Raupen in den Kanal (9) eingebracht werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klebstoff (7.1) und/oder der zweite Klebstoff (7.2) in den Kanal (9) eingebracht werden/wird, bevor das Sandwich aus erster Funktionsschicht (3) und zweiter Funktionsschicht (4) gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klebstoff (7.1) und/oder der zweite Klebstoff (7.2) in den Kanal (9) eingebracht werden/wird, nachdem das Sandwich aus erster Funktionsschicht (3) und zweiter Funktionsschicht (4) gebildet wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Klebstoff (7.1) und/oder der zweite Klebstoff (7.2) mit Hilfe mindestens einer Nadel an einer Applikationsvorrichtung in den Kanal (9) eingebracht wird/werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Funktionsschichten (3, 4, 5) miteinander verklebt werden, wobei die Aushärtung des zweiten Klebstoffs (7.2) durch Wärme erst nach einer Fixierung aller Funktionsschichten (3, 4, 5) mit Hilfe des UV-aushärtenden ersten Klebstoffs (7.1) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktionsschichten mindestens eine der folgenden Schichten aus der nachfolgenden Liste verwendet wird: - Szintillatorschicht, - Photosensorschicht, - Ausleseelektronikschicht, - Substratschicht, - Trägerschicht.
Elektronisches Bauteil (1), aufweisend mindestens zwei sandwichartig miteinander durch Klebstoff verklebte benachbarte Funktionsschichten (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass: - die mindestens zwei benachbarten Funktionsschichten (3, 4) zumindest teilweise unmittelbaren Kontakt haben, - zumindest eine der Funktionsschichten (3, 4) eine zur benachbarten Funktionsschicht (4, 3) gewandte Oberfläche aufweist, welche UV-lichtdurchlässige Kanäle (9) ausbildet, die sich von mindestens einem Rand der Funktionsschicht (3, 4) nach innen erstrecken, - ein erster Klebstoff (7.1), der die Funktionsschichten miteinander verbindet, ein durch UV-Strahlung durchgehend ausgehärteter Klebstoff ist, - und dieser erste Klebstoff ausschließlich in mindestens einem der Kanäle (9) angeordnet ist.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kanäle (9) durch eine Vertiefung oder einen Einschnitt in die Funktionsschicht (4) gebildet ist.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kanäle durch Erhöhungen auf der Funktionsschicht (4) gebildet ist.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn - zeichnet, dass mindestens ein Kanal (9) eine verspiegelte Oberfläche aufweist.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 15, dadurch gekenn - zeichnet, dass mindestens ein Kanal (9) eine vom Rand der Funktionsschicht (4) nach innen verlaufend eine sich vermindernde Tiefe (T) aufweist.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Kanal (9) ein zweiter durch Wärme ausgehärteter Klebstoff (7.2) angeordnet ist.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Kanal (9) sowohl der erste Klebstoff (7.1) als auch der/ein zweite(r) Klebstoff (7.2) angeordnet ist, der durch Wärme aushärtet.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der zwei miteinander verklebten Funktionsschichten aus der nachfolgenden Liste der Funktionsschichten entnommen sind: - Szintillatorschicht, - Photosensorschicht, - Ausleseelektronikschicht, - Substratschicht, - Trägerschicht.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktionsschicht eine Ausleseelektronikschicht (3) und die zweite Funktionsschicht eine Substratschicht (4) ist, wobei die Kanäle (9) in der Substratschicht (4) angeordnet sind.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich unter der Substratschicht (4) eine Trägerschicht (5) angeordnet ist, wobei die Kanäle (9) in der Trägerschicht (5) und/oder der Substratschicht (4) verlaufen.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 21, dadurch gekenn - zeichne t, dass das elektronische Bauteil (1) Bestandteil eines Strahlungsdetektors ist.
Elektronisches Bauteil (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichne t, dass es durch ein Verfahren gemäß einem der voranstehenden Verfahrensansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
Detektorelement eines Strahlungsdetektors, dadurch gekennzeichnet, dass es ein elektronisches Bauteil (1) mit den Merkmalen eines der voranstehenden Patentansprüche 12 bis 23 aufweist.
Strahlungsdetektor, insbesondere eines CT-Systems, mit einer Vielzahl an Detektorelementen, dadurch gekenn z e ichne t, dass mindestens ein Detektorelement gemäß dem Patentanspruch 24 ausgestaltet ist.