DE102014225396B3

DE102014225396B3 - Sensorboard für ein Detektormodul und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102014225396B3
Application number: DE102014225396.9A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Danzer; Harald Geyer; Miguel Labayen de Inza; Jan Wrege
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: US10107920B2; CN105700006B; CN105700006A; US20160170032A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) für ein Detektormodul (46, 127), umfassend in einem Stapelaufbau (13, 31, 53, 75, 145, 186) zumindest eine Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und eine in Stapelrichtung (16, 34, 56, 81, 146, 191) beabstandet zu der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) angeordnete Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183), wobei die Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) in einer Längsrichtung (42, 99, 133, 177) quer zur Stapelrichtung (16, 34, 56, 81, 146, 191) in zumindest einem Randbereich (97, 115, 195) einen Überstand (101, 107) gegenüber der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) aufweist, wobei der durch die Beabstandung zwischen der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) und der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) vorhandene Zwischenraum (19, 37, 57, 85, 149, 203) derart mit einem ausgehärteten Füllmaterial (116, 167, 201) verfüllt ist, dass zumindest ein Randbereich (67, 102, 166, 207) der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) frei von dem Füllmaterial (116, 167, 201) ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Sensorboards (1, 41, 71, 131, 181, sowie ein Detektormodul (46, 127) für einen Röntgendetektor mit einer Anzahl von einander benachbart auf einem Modulträger angeordneten Sensorboards (1, 41, 71, 131, 181).

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorboard für ein Detektormodul. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorboards, sowie ein Detektormodul mit einer Anzahl von entsprechend hergestellten Sensorboards.
Im Rahmen hochauflösender Bildgebungsverfahren wie beispielsweise bei der Computertomographie in der medizinischen Bildgebung kommen üblicherweise Röntgendetektoren zum Einsatz, um ein räumliches Bild eines Untersuchungsbereiches eines Patienten mit einer hohen Auflösung zu erzeugen.
Ein Röntgendetektor, dessen Sensorschicht als eine direkt konvertierende Halbleiterschicht ausgebildet ist, ermöglicht hierbei eine quantitative und energieselektive Erfassung einzelner Röntgenquanten. Beim Einfall von Röntgenstrahlung werden in der Sensorschicht Elektron-Loch-Paare, also Paare aus negativen und positiven Ladungsträgern, erzeugt. Durch eine an die Sensorschicht bzw. an die Oberfläche der Sensorschicht angelegte Spannung werden die Ladungsträger getrennt und bewegen sich zu den jeweils entgegengesetzt geladenen Elektroden bzw. Oberflächen der Sensorschicht. Der hierdurch verursachte Strom oder eine entsprechende Ladungsverschiebung kann von einer nachgeschalteten Sensorelektronik ausgewertet werden. Zur Detektion der Röntgenquanten eignen sich beispielsweise Halbleitermaterialen in Form von CdTe, CdZnTe, CdTeSe, CdZnTeSe, CdMnTe, GaAs, Si oder Ge, die einen hohen Absorptionsquerschnitt für Röntgenstrahlung aufweisen.
Insbesondere bei der Computertomographie werden großflächige Röntgendetektoren benötigt, wozu häufig mehrere vergleichsweise kleine Detektormodule eingesetzt werden. Derartige Detektormodule bestehen wiederum aus einzelnen Sensorboards, die mit einem möglichst geringen Abstand (~100 μm) einander benachbart auf einem gemeinsamen Modulträger angeordnet sind und deren Sensorschichten gemeinsam die Sensoroberfläche eines Detektormoduls bilden.
Die Unterteilung der Sensoroberfläche eines Detektormoduls durch den Einsatz einander benachbarter Sensorboards ermöglicht insbesondere eine gezielte Skalierung und durch die Vollflächigkeit auch die Erhöhung der Signalausbeute eines Detektors. Hierzu umfasst ein Sensorboard üblicherweise eine gewünschte Anzahl von einander benachbarten Hybriden, die auf einem Träger angeordnet sind. Ein Hybrid selbst besteht aus einer Sensorschicht, die einer bestimmten Anzahl von Ausleseeinheiten, wie beispielsweise ASICs, aufgebracht ist.
Bei herkömmlichen Szintillator-basierten Sensorboards erfolgt die Befestigung der Bauteile aneinander üblicherweise mittels eines Klebeprozesses. Hierzu ist aus der DE 10 2011 079 389 B4 ein Verfahren (sowie analog eine Vorrichtung) bekannt, welches sich zum überstandsfreien Verfüllen eines zwischen einem Träger und einem auf dem Träger fixierten Bauteil vorhandenen Zwischenraums bzw. Spalts mit einem zunächst flüssigen Klebstoff eignet. Im Rahmen des Verfahrens, das beispielsweise bei der Herstellung von Detektoren für die Erfassung von Röntgen- und Gammastrahlung, wie bei Computertomographiegeräten genutzt werden kann, wird eine Auslassöffnung einer einem Vorratsbehälter angeschlossenen Leitung am Umfangsrand des Spaltes angeordnet.
Der in dem Vorratsbehälter vorhandene flüssige Klebstoff fließt dann aus der Auslassöffnung unmittelbar in den Spalt und verfüllt diesen aufgrund kapillarer Kräfte. Die Auslassöffnung wird erst dann vom Umfangsrand des Spaltes gelöst, wenn der im verfüllten Spalt vorhandene Klebstoff ausgehärtet und somit nicht mehr fließfähig ist, so dass am Umfangsrand des verfüllten Spaltes kein Materialrest in Form eines Überstandes verbleibt.
Bei quantenzählende Röntgendetektoren, auch als photonenzählende Röntgendetektoren bezeichnet, bzw. den entsprechend eingesetzten Sensorboards erfolgt die Befestigung der Sensorschicht auf einer jeweiligen Anzahl von Ausleseeinheiten üblicherweise mittels Lötelementen, sogenannter „Bump Bonds”, mittels derer die zu verbindenden Bauteile aneinander befestigt werden. Bei der Herstellung eines Hybrids für ein solches Sensorboard werden die Lötelemente auf die der im verbauten Zustand der Sensorschicht zugewandten Oberfläche der Ausleseeinheit aufgetragen und dann die Ausleseeinheit über die Lötelemente mit der Sensorschicht kontaktiert. Durch ein anschließendes Erhitzen des Lötmaterials werden die Bauteile miteinander verbunden.
Auch bei einem solchen Verfahren entsteht ein Zwischenraum zwischen den Bauteilen, der zur Verbesserung der mechanischen Stabilität und der Wärmeleitfähigkeit zwischen den Bauteilen mit einem entsprechenden Material, insbesondere mit einem elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Material verfüllt werden muss.
Eine wesentliche Herausforderung bei einem solchen Verfüllprozess, dem sogenannten „Underfill”-Prozess, liegt grundsätzlich in der Vermeidung von fertigungsbedingten Materialrückständen am Umfangsrand des hergestellten Sensorboards bzw. allgemein der im Rahmen der Herstellung eines Sensorboards eingesetzten Bauteile.
Die DE 10 2013 207 776 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Szintillator-Detektorarrays eines Detektormoduls eines Strahlungsdetektors, sowie ein Szintillator-Detektorarray eines Detektormoduls, ein solches Detektormodul und einen Strahlungsdetektor mit einem solchen Detektormodul. Das Detektorarray weist eine erste Schicht aus einem Photodiodenelektroniksubstrat mit einer Vielzahl an Leitungselementen zu einer Auswerteelektronik auf, die mit einer zweiten Schicht aus einem Photodiodenarray mit Photodioden und einer Photodiodenelektronik verbunden ist. Die Photodiodenelektronik ist wiederum mit einer dritten Szintillatorschicht zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in von den Photodioden detektierbares Licht verbunden. Die einzelnen Schichten werden hierbei durch Underfill verklebt. Der Underfill-Prozess stellt über eine geeignete Kapillare und einem geeigneten Vorrat den Underfill-Klebstoff bereit.
Aus der DE 10 2011 079 389 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum überstandsfreien Verfüllen eines zwischen einem Träger und einem auf dem Träger fixierten Bauteil vorhandenen Spalts mit einem zunächst flüssigen Klebstoff bekannt. Hierzu wird zumindest eine Auslassöffnung der Leitung eines flüssigen Klebstoff enthaltenden Vorratsbehälter am Umfangsrand des Spaltes angeordnet, so dass der flüssige Klebstoff aus der Auslassöffnung unmittelbar in den Spalt fließen kann. Dann wird der Spalt mit dem flüssigen Klebstoff verfüllt, indem der Klebstoff vom Vorratsbehälter über die Auslassöffnung in den Spalt fließt. Anschließend wird der im verfüllten Spalt vorhandenen Klebstoff ausgehärtet, wobei die Anordnung der zumindest einen Auslassöffnung am Umfangsrand des Spaltes erst dann gelöst wird, wenn der Klebstoff nicht mehr fließfähig ist.
Im Rahmen der Verfüllung lassen sich bislang lediglich „klassische” 1:1-Hybride mit jeweils einer Ausleseeinheit pro Sensorschicht fertigen. Die Herstellung sogenannter Multi-Hybriden (1:1-, 1:2-, 1:3- oder 1:4-Hybriden), die eine Mehrzahl von Ausleseeinheiten pro Sensorschicht umfassen, ist mittels eines solchen Verfahrens nur unter Inkaufnahme unerwünschter Beeinträchtigung der Detektoreffizienz realisierbar, da sich hierbei in den Zwischenrandbereichen der Bauteile Materialrückstände bilden.
Die Herstellung von Sensorboards mit einer Mehrzahl von Multi-Hybriden (Multi-Hybrid-Sensorboards) ist nicht umsetzbar, da auch die zwischen den Ausleseeinheiten der Hybride befindlichen Zwischenräume mit dem eingesetzten Füllmaterial verfüllt werden. Hierdurch werden die einzelnen Sensorschichten der jeweiligen Hybride mechanisch miteinander gekoppelt, wodurch die Eigenspannung des Sensormaterials erhöht und somit die Leistung und die Effizient des jeweiligen Röntgendetektors beeinträchtigt wird.
Der Erfindung liegt als eine erste Aufgabe zugrunde, ein Sensorboard anzugeben, welches unter Sicherstellung seiner störungsfreien Funktion gegenüber gängigen Sensorboards vereinfacht herstellbar ist.
Als eine zweite Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik vereinfachtes Verfahren zum gezielten Verfüllen von in einem Sensorboard vorhandenen Zwischenräumen anzugeben.
Als eine dritte Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein Detektormodul mit einer Anzahl entsprechender Sensorboards anzugeben.
Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sensorboard für ein Detektormodul, umfassend in einem Stapelaufbau zumindest eine Ausleseeinheit und eine in Stapelrichtung beabstandet zu der Ausleseeinheit angeordnete Sensorschicht, wobei die Sensorschicht in einer Längsrichtung quer zur Stapelrichtung in zumindest einem Randbereich einen Überstand gegenüber der Ausleseeinheit aufweist, wobei der durch die Beabstandung zwischen der Sensorschicht und der Ausleseeinheit vorhandene Zwischenraum derart mit einem ausgehärteten Füllmaterial verfüllt ist, dass zumindest ein Randbereich der Sensorschicht frei von dem Füllmaterial ist.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass die im Rahmen der Herstellung eines Sensorboards zu verfüllenden Zwischenräume als feine Hohlräume betrachtet werden können, die mit einer Kapillare vergleichbar sind. Eine Kapillare kann durch die Ausnutzung des Kapillareffekts mit einer entsprechenden Flüssigkeit ohne das Anlegen eines externen Drucks befüllt werden. Der Kapillareffekt wird durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit selbst und der Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der jeweils mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden festen Oberfläche (Kontaktfläche) hervorgerufen.
Voraussetzung für den Kapillareffekt ist eine Benetzbarkeit der jeweiligen Oberfläche durch die eingesetzte Flüssigkeit. Eine Benetzbarkeit ist dann gegeben, wenn die Adhäsionskräfte zwischen einer Flüssigkeit und der zu benetzenden Oberfläche an deren Kontaktfläche größer sind, als die Kohäsionskräfte innerhalb der Flüssigkeit. In diesem Fall ergibt sich an der Kontaktfläche eine resultierende Kraft, die aus der Flüssigkeit heraus in die Oberfläche der Kapillare gerichtet ist. Die Flüssigkeit wird an der Kontaktfläche gewissermaßen zu dieser „hingezogen” und bildet eine konkav gekrümmte Oberfläche, also einen konkaven Meniskus aus.
Sind diese Voraussetzungen erfüllt, ist es grundsätzlich möglich, ein fließfähiges Material lediglich durch die Ausnutzung des Kapillareffektes zur Verfüllung von bei der der Herstellung eines Sensorboards zwischen den jeweiligen Bauteilen entstehenden Zwischenräumen zu nutzen. Eine benetzende Flüssigkeit bildet auf einer entsprechenden Oberfläche einen kleinen Kontaktwinkel aus. Eine nicht benetzende Flüssigkeit schmiegt sich der Oberfläche oder Unterlage nicht an; es resultiert ein großer Kontaktwinkel.
Abhängig von der Geometrie der Bauteile und von der Größe des Kontaktwinkels zwischen der jeweils zur Befüllung einer Kapillare eingesetzten benetzenden Flüssigkeit und der Oberfläche kann es bei einer kapillaren Verfüllung jedoch zu einem unerwünschten Flüssigkeitsaustritt aus dem zu befüllenden Zwischenraums kommen. Die Flüssigkeit bzw. das eingesetzte Füllmaterial tritt über den Rand einer Kapillare, also des zu verfüllenden Zwischenraums, hinaus und fließt außerhalb der Kapillare weiter, bzw. lagert sich dort als Materialrest ab.
Diesen Effekt gilt es bei der Verfüllung der Zwischenräume eines Sensorboards zu unterbinden, um eine unerwünschte mechanische Kopplung einzelner Sensorschichten zu verhindern und insbesondere die Anreihbarkeit von gemeinsam auf einem Modulträger anordnenbaren Sensorboards sicherzustellen.
Die Erfindung erkennt hierzu nun, dass es dann möglich ist, eine auf dem Kapillareffekt basierende Verfüllung von Zwischenräumen ohne einen unerwünschten Materialaustritt aus dem entsprechenden Zwischenraum umzusetzen, wenn der Materialfluss des Füllmaterials während des Verfüllens gezielt gestoppt wird, so dass sichergestellt werden kann, dass der oder jeder Randbereich der Sensorschicht frei von dem Füllmaterial ist. Das Füllmaterial fließt nicht aus dem zu dessen Aufnahme vorgesehenem Zwischenraum heraus; eine seitliche Überdeckung der Sensorschicht, also das Austreten von Füllmaterial aus dem Zwischenraum, wird vermieden.
Um dies zu gewährleisten ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Geometrie der in einem Sensorboard eingesetzten Bauteile gegenüber gängigen Geometrien derart verändert ist, so dass der Materialfluss aus dem Zwischenraum aufgrund der geometrischen Beschaffenheit des jeweiligen Bauteils gestoppt wird.
Hierbei gilt grundsätzlich, dass sich, wenn eine Flüssigkeitsfront auf eine Bauteilkante trifft, der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Oberfläche an der Bauteilkante schlagartig verändert. Ist die Änderung des Kontaktwinkels groß genug, wird die Oberfläche nicht mehr benetzt und damit der Materialfluss an dieser Stelle vor einem weiteren Austritt gestoppt.
Die Sensorschicht weist hierzu in einer Längsrichtung quer zur Stapelrichtung einen Überstand gegenüber der Ausleseeinheit auf. Im Bereich des Überstands vergrößert sich während des Füllvorganges der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche und der Flüssigkeit, das Füllmaterial bleibt am gegenüberliegenden Rand zurück und mochte insgesamt eine energiearme Oberflächengeometrie einnehmen. Als Folge der Kontaktwinkeländerung, wie zuvor beschrieben, fließt das Füllmaterial nicht weiter aus dem Zwischenraum heraus.
Mit anderen Worten kann durch eine geringfügige Veränderung der Bauteilgeometrie, also durch das Vorsehen eines Überstands der Sensorschicht gegenüber der Ausleseeinheit, der Materialfluss eines eingesetzten Füllmittels derart beeinflusst werden, dass die Bildung unerwünschter Rückstände am Umfangsrand der Sensorschicht verhindert oder zumindest auf ein technisch tolerierbares Minimum reduziert werden kann.
So kann eine gezielte und störungsfreie Verfüllung mittels eines kapillar fließfähigen Füllmaterials erreicht werden, bei der die Randbereiche des Sensormaterials gezielt ausgespart werden können. Das verfestigte Füllmaterial wird wie erwünscht in Längsrichtung nicht über den Rand der Sensorschicht überstehen.
Ein Randbereich der Sensorschicht bezeichnet die sich in der Stapelrichtung erstreckende Seitenfläche der Sensorschicht. Es kann entweder nur ein Randbereich der Sensorschicht, also nur eine Seitenfläche, frei von dem Füllmaterial sein. Insbesondere sind alle Randbereiche der Sensorschicht, also alle Seitenflächen der Sensorschicht, frei von dem Füllmaterial.
Die Randbereiche umfassen sowohl solche Randbereiche einer Sensorschicht sein, die Teil des Umfangsrands eines Hybrids sind, als auch Randbereiche von einander benachbart in einem Hybrid verbauten Sensorschichten (Zwischenrandbereiche). So kann einerseits die Entstehung von Materialrückständen am Umfangsrand verhindert und eine gewünschte Anreihbarkeit sichergestellt werden. Andererseits kann insbesondere bei der Verfüllung von Zwischenräumen in Multihybriden auch eine Verfüllung von sich in Stapelrichtung zwischen den Sensorschichten ersteckenden Zwischenräumen verhindert werden.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn der durch die Beabstandung zwischen der Sensorschicht und der Ausleseeinheit vorhandene Zwischenraum derart mit dem ausgehärteten Füllmaterial verfüllt ist, dass zumindest ein Randbereich der Ausleseeinheit frei von dem Füllmaterial ist. Wie bereits hinsichtlich der Sensorschicht beschrieben, bezeichnet der zumindest eine Randbereich der Ausleseeinheit die sich in der Stapelrichtung erstreckende Seitenfläche der Ausleseeinheit, wobei auch hier entweder nur ein Randbereich oder auch alle Randbereiche der Ausleseeinheit frei von dem Füllmaterial sein können.
Das Füllmaterial ist im weitesten Sinne gegenüber den zu verfüllenden Zwischenraum begrenzenden Oberflächen als eine benetzende Flüssigkeit zu wählen, so dass sich zwischen Oberfläche und Flüssigkeit bzw. Füllmaterial ein hinreichend kleiner Kontaktwinkel ausbildet. Allgemein spricht man von benetzenden Flüssigkeiten, wenn der Kontaktwinkel ein spitzer Winkel ist. Entsprechend sind die Materialkombinationen von Füllmaterial und Oberfläche zweckmäßigerweise so gewählt, dass sich ein kleiner Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche und der Flüssigkeit ausbildet.
Der zu verfüllende Zwischenraum ist im Stapelaufbau zwischen der Unterseite der Sensorschicht und der Oberseite der Ausleseeinheit ausgebildet. Die den Zwischenraum zwischen der Ausleseeinheit und der Sensorschicht begrenzenden Oberflächen, also die Unterseite der Sensorschicht und die Oberseite der Ausleseeinheit, sind im Aushärtungszustand zweckmäßigerweise durch das eingesetzte Füllmaterial vollständig benetzt, so dass eine gleichmäßige Verfüllung des Zwischenraums gegeben ist.
Zur Sicherstellung einer ausreichenden Benetzbarkeit wird vorzugsweise ein Füllmaterial eingesetzt, dessen Oberflächenspannung geringer ist als die Oberflächenspannung der zu benetzenden Oberflächen, also der dem Füllmaterial zugewandten Oberflächen. Besonders geeignete Füllmaterialien sind elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Materialien.
Aufgrund der aus den gegebenen Oberflächenspannungen resultierenden kapillaren Fließfähigkeit kann das fließfähige Füllmaterial bei der Fertigung eines Sensorboards drucklos in den Zwischenraum zwischen den Bauteilen eingebracht werden. Das Füllmaterial fließt aufgrund von Kapillarkräften in den Zwischenraum hinein. Hierzu wird im Rahmen des Verfüllprozesses zweckmäßigerweise eine Befüllvorrichtung am Zwischenraum angeordnet, so dass das fließfähige Füllmaterial den Zwischenraum von selbst auffüllt. Entsprechend wird unter der Begrifflichkeit drucklos vorliegend das Verfüllen des Zwischenraums allein aufgrund von Kapillarkräften verstanden, also als ein Verfüllen ohne das Anlegen eines externen Druckes.
Das Füllmaterial wird vorzugsweise durch eine Anordnung der Befüllvorrichtung am Umfangsrand des Hybrids in den Zwischenraum eingebracht. Bei einem Multi-Hybrid, also beispielsweise bei einer auf vier Ausleseeinheiten angeordneten Sensorschicht (1:4-Hybrid), besteht die Möglichkeit, eine Befüllvorrichtung einzusetzen, die das Füllmaterial vom Umfangsrand ausgehend in den Zwischenbereich zwischen zwei einander benachbarten Ausleseeinheiten dosiert. Auch der Einsatz mehrerer Befüllvorrichtungen ist möglich. Als Befüllvorrichtung eignen sich beispielsweise Nadeln oder Düsen, die an der oder den jeweiligen Positionen am Umfangsrand angeordnet werden können.
Die Ausleseeinheit und die Sensorschicht werden vor der Verfüllung des Zwischenraums mit Füllmaterial im Stapelaufbau vorzugsweise durch zwischen diesen in Stapelrichtung angeordnete Kontaktelemente aneinander fixiert. Bevorzugt werden zur Fixierung der Bauteile auch Lötkugeln oder Löthöcker als Kontaktelemente eingesetzt.
Eine rückstandsfreie Verfüllung des Zwischenraums zwischen der Sensorschicht und der Ausleseeinheit mit einem entsprechenden Füllmaterial ist insbesondere dann einfach technisch umsetzbar, wenn der Überstand der Sensorschicht gegenüber der Ausleseeinheit 10 μm und 500 μm, insbesondere 50 μm und 100 μm, beträgt.
Ein Sensorboard umfasst zweckmäßigerweise eine bestimmte Anzahl von Hybriden, die auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Vorzugsweise ist eine Ausleseeinheit (als Teil eines entsprechenden Hybrids) im Stapelaufbau einem Träger aufbracht. Der Träger, der vorzugsweise eine Trägerkeramik ist, kann als Zwischensubstrat zur Signalübertragung von der Ausleseeinheit zu einer entsprechenden Modulelektronik genutzt werden und dient der Abfuhr der in der Sensorschicht entstehenden Wärme insbesondere an einen metallischen Modulträger.
Die Ausleseeinheit und der Träger sind zweckmäßigerweise beabstandet zueinander angeordnet. Die Beabstandung in Stapelrichtung resultiert aus der zur Befestigung der Bauteile aneinander eingesetzten Kontaktelemente. Hierzu sind vorzugsweise Lötkugeln eingesetzt.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der durch die Beabstandung zwischen der Ausleseeinheit und dem Träger vorhandene Zwischenraum mit einem ausgehärteten Füllmaterial verfüllt. Dieser verfüllte Zwischenraum ist im Stapelaufbau zwischen der Unterseite der Ausleseeinheit und der Oberseite des Trägers ausgebildet. Die den Zwischenraum zwischen der Ausleseeinheit und dem Träger begrenzenden Oberflächen sind zweckmäßigerweise wiederum vollständig mit dem eingesetzten Füllmaterial benetzt.
Um sicherzustellen, dass auch bei der Verfüllung des Zwischenraums zwischen dem Träger und der Ausleseeinheit keine unerwünschten Rückstände im Randbereich des Trägers entstehen, weist der Träger in Längsrichtung vorzugsweise einen Überstand gegenüber der Ausleseeinheit auf. Durch den überstand ist auch die Verfüllung des Zwischenraumes zwischen der dem Träger und der Ausleseeinheit insbesondere derart umsetzbar, dass zumindest ein Randbereich des Trägers frei von dem Füllmaterial ist.
Wie hinsichtlich der Sensorschicht und der Ausleseeinheit ausgeführt, bezeichnet der zumindest eine Randbereich des Trägers dessen sich in der Stapelrichtung erstreckende Seitenfläche. Es können hierbei entweder nur ein Randbereich oder auch alle Randbereiche, also alle Seitenflächen des Trägers frei von dem Füllmaterial sein.
Für das Füllmaterial gelten hierbei grundsätzlich dieselben bevorzugten Weiterbildungen, wie sie zu dem Füllmaterial für den Zwischenraum zwischen der Sensorschicht und der Ausleseeinheit ausgeführt wurden. Von Vorteil ist es, wenn der Überstand des Trägers gegenüber der Ausleseeinheit 0 μm und 5000 μm, insbesondere 50 μm bis 500 μm, beträgt.
Vorzugsweise weist der Träger auch gegenüber der Sensorschicht einen Überstand in der Längsrichtung auf. Der Wert des Überstandes ergibt sich hierbei zweckmäßigerweise aus der Differenz des Wertes des Überstandes des Trägers zur Ausleseeinheit und dem Überstand der Sensorschicht gegenüber der Ausleseeinheit.
Als Füllmaterial für den Zwischenraum zwischen der Ausleseeinheit und dem Träger ist hierbei zweckmäßigerweise das gleiche (vor der Aushärtung fließfähige) Füllmaterial eingesetzt, welches auch zur Verfüllung des Zwischenraums zwischen der Sensorschicht und der Ausleseeinheit eingesetzt ist. So können bei der Herstellung des Sensorboards zuerst alle benötigten Bauteile (Ausleseeinheit, Sensorschicht und Träger) zueinander positioniert und aneinander befestigt werden und anschließend die entstandenen Zwischenräume zugleich mit dem Füllmaterial beaufschlagt und verfüllt werden.
Als Träger ist vorzugsweise eine Trägerkeramik eingesetzt. Um eine sichere Befestigung durch das Füllmaterial zu gewährleisten, ist eine gute Benetzung des Trägers notwendig. Die Oberflächenspannung des Füllmaterials ist hierbei vorzugsweise geringer als die Oberflächenspannung der festen Oberfläche, so dass eine ausreichende Benetzung der dem Zwischenraum zugewandten Oberseite des Trägers gewährleistet ist.
Um zu verhindern, dass bei der Verfüllung auch die sich in Stapelrichtung ersteckenden Zwischenräume, wie sie bei Multihybriden oder bei Multi-Hybrid-Sensorboards vorhanden sind, aufgrund der kapillaren Fließfähigkeit des Füllmaterials verfüllt werden, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen zwei einander in Längsrichtung benachbart auf einem Träger angeordneten Ausleseeinheiten (der jeweiligen Hybride) in einem Bereich zwischen 100 μm und 1000 μm, insbesondere zwischen 200 μm und 500 μm, liegt.
Durch einen Abstand in dieser Größenordnung kann auch bei einem möglichen längs gerichtetem Austritt des Füllmaterials verhindert werden, dass Füllmaterial aus einander benachbarten Zwischenräumen miteinander in Kontakt kommt und als ein gemeinsamer Füllmaterialstrom aufgrund von Kapillarkräften in die sich in Stapelrichtung erstreckenden Zwischenräume fließt.
Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit, um eine Verfüllung der in Stapelrichtung ausgebildeten Zwischenräume zwischen den Ausleseeinheiten einander benachbarter Hybride zu unterbinden, liegt in der Anpassung der Geometrie des eingesetzten Trägers. Die Geometrie des Trägers ist hierzu vorzugsweise derart ausgebildet, dass er den Materialfluss in den oder die Zwischenräume begrenzt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Träger mit einer Stufe in Stapelrichtung ausgebildet. Eine solche Stufe stoppt den Fluss des kapillar fließfähigen Füllmaterials bei der Verfüllung der Zwischenräume und verhindert so effektiv das Aufsteigen bzw. Kriechen des Füllmaterials in die Zwischenräume zwischen den Ausleseeinheiten voneinander benachbart auf dem Träger angeordneter Hybride. Im verbauten Zustand eines Trägers als Teil eines Sensorboards erstreckt sich die Stufe des Trägers zweckmäßigerweise in Stapelrichtung zwischen zwei einander benachbarten Hybriden.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung ist in den Träger eine Nut eingebracht. Die Nut erfüllt den gleichen Zweck wie eine Stufe, sie dient also gleichermaßen der Begrenzung des Materialflusses in die Zwischenräume zwischen benachbarten Hybriden.
Weiter bevorzugt sind die Ausleseeinheit und/oder die Sensorschicht in zumindest einem ihrer Randbereiche mit einer Beschichtung versehen. Hierbei können sowohl die in Längsrichtung, also quer zur Stapelrichtung einander zugewandten Randbereiche (Zwischenrandbereiche) mit der Beschichtung versehen sein. Alternativ oder zusätzlich können auch die am Umfangsrand ausgebildeten Randbereiche mit einer Beschichtung versehen sein. Als Beschichtungsmaterial wird vorzugsweise ein solches mit einer niedrigeren Oberflächenspannung eingesetzt als die Oberflächenspannung des Füllmaterials. So kann der Materialfluss vorzeitig unterbrochen werden.
Weiter ist auch der Träger – alternativ oder zusätzlich zu einer auf die Ausleseeinheit und/oder die Sensorschicht aufgebrachten Beschichtung – vorteilhafterweise zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen. Im verbauten Zustand des Trägers ist die Beschichtung zweckmäßigerweise auf der der Ausleseeinheit zugewandten Trägerseite zwischen zwei einander benachbarten Hybriden aufgebracht. Die Beschichtung, sowohl des Trägers als auch der Ausleseeinheit und/oder der Sensorschicht, kann beispielsweise eine Kunststoffschicht sein, die als ein dünner Film, als eine Passivierung, als ein Trockenfilm oder als eine Maske auf das jeweilige Bauteil aufgebracht ist.
Vorzugsweise umfasst die Sensorschicht Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmiumzinktellurid (CdZnTe), Cadmiumzinktellurselenid (CdZnTeSe), Cadmiumtellurselenid (CdTeSe), Cadmiummangantellurid (CdMnTe), Indiumphosphid (InP), Thalliumbromid (TlBr₂) oder Qecksilberiodid (HgI₂). Derartige Halbleiter-Materialien ermöglichen die Direktumwandlung der auf sie eintreffenden Strahlung in ein elektrisches Signal und sind in guter Qualität in Bezug auf Ladungstransporteigenschaften und Homogenität kommerziell erhältlich.
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorboards nach einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen für ein Detektormodul, wobei der Zwischenraum zwischen der Sensorschicht und der Ausleseeinheit mit einem bezüglich der den Zwischenraum begrenzenden Oberflächen benetzenden fließfähigen derart verfüllt wird, dass zumindest ein Randbereich der Sensorschicht frei von dem Füllmaterial bleibt.
Vorzugsweise werden entsprechend bemessene bzw. ausgebildete Bauteile zur Herstellung eines Sensorboards eingesetzt, deren Geometrie eine solche Verfüllung erlaubt. Die Verfüllung geschieht kapillar und drucklos.
Zweckmäßigerweise wird auch der Zwischenraum zwischen der Ausleseeinheit und dem Träger derart mit einem bezüglich der diesen Zwischenraum begrenzenden Oberflächen benetzenden, fließfähigen Füllmaterial verfüllt, dass zumindest ein Randbereich des Trägers frei von dem Füllmaterial bleibt.
Weist in einer bevorzugten Ausgestaltung auch der Träger gegenüber der Ausleseeinheit einen Überstand in einer Längsrichtung quer zur Stapelrichtung auf, stoppt auch bei einer kapillaren Befüllung des Zwischenraums zwischen der Ausleseeinheit und dem Träger der Materialfluss. Die Bildung von unerwünschten Materialresten am Umfangsrand des Trägers ist verhindert.
Gleiches gilt entsprechend für den oder jeden Randbereich der Ausleseeinheiten. Die Verfüllung der Zwischenräume zwischen der Ausleseeinheit und dem Träger sowie zwischen der Ausleseeinheit und der Sensorschicht erfolgt derart, dass zumindest ein Randbereich der Ausleseeinheit frei von dem Füllmaterial bleibt.
In Abhängigkeit der Anzahl der pro Sensorboard eingesetzten Hybride und unter Berücksichtigung der Reihenfolge der Positionierung der Hybride auf einem Träger kann die Verfüllung der Zwischenräume bei der Fertigung eines Sensorboards grundsätzlich auf verschiedenen Arten erfolgen.
Einerseits besteht die Möglichkeit, zuerst die gewünschte Anzahl an Ausleseeinheiten an einer Sensorschicht anzuordnen und die entstehenden Zwischenräume zu verfüllen. Der auf diese Weise hergestellte Hybrid kann dann auf einen entsprechenden Träger aufgebracht werden, und der zwischen dem Träger und der Ausleseeinheit des Hybrids entstehende Zwischentraum ebenfalls mit dem Füllmaterial kapillar verfüllt werden.
Besonders bevorzugt können mittels des angegebenen Verfahrens sowohl der Zwischenraum zwischen der Sensorschicht und der Ausleseeinheit als auch der Zwischenraum zwischen der Ausleseeinheit und dem Träger zugleich kapillar mit dem fließfähigen Füllmaterial verfüllt werden. Hierbei werden zuerst alle Bauteile aneinander positioniert und fixiert und anschließend ein gemeinsamer Verfüllprozess durchgeführt. Auf diese Weise kann der Fertigungsprozess eines Sensorboards gegenüber gängigen Verfahren deutlich beschleunigt und die Herstellungskosten gesenkt werden.
Das Füllmaterial wird vorzugsweise von zumindest einer Seitenfläche des Stapelaufbaus ausgehend in den oder jeden Zwischenraum eingebracht. Hierzu wird vorzugsweise eine entsprechende Anzahl an Befüllvorrichtungen an einer Stapelseite am Umfangsrand des Hybrids bzw. des Sensorboards angeordnet.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen für das Verfahren ergeben sich aus den auf das Sensorboard gerichteten Unteransprüchen. Dabei können die für das Sensorboard benannten Vorteile sinngemäß auf das Verfahren übertragen werden.
Die dritte Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Detektormodul für einen Röntgendetektor mit einer Anzahl von einander benachbart auf einem Modulträger angeordneten Sensorboards nach einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen.
Zweckmäßigerweise ist der Träger des oder jedes Detektormoduls im Stapelaufbau über den Modulträger mit einer Sensorelektronik verbunden. So können die bei einer Röntgenbildaufnahme ermittelten Daten, also die elektrischen Signale aus der Direktumwandlung der auf eine Sensoroberfläche eintreffenden Röntgenstrahlung, direkt ausgewertet und weiterverwendet werden. Hierzu kann die Sensorelektronik beispielsweise mit einer entsprechenden Auswerteroutine ausgelesen werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen für das Detektormodul ergeben sich aus den auf das Sensorboard gerichteten Unteransprüchen. Dabei können die für das Sensorboard benannten Vorteile sinngemäß auf das Detektormodul übertragen werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein 1:1-Hybrid gemäß Stand der Technik in einer Seitenansicht und in einer Aufsicht,
2 ein 1:4-Hybrid gemäß Stand der Technik in einer Seitenansicht und in einer Aufsicht,
3 ein Sensorboard mit zwei benachbart zueinander auf einem Träger angeordneten 1:2-Hybriden in einer Seitenansicht,
4 das Sensorboard gemäß 3 in einer Aufsicht mit einer am Sensorboard angeordneten Befüllvorrichtung,
5 das Sensorboard gemäß 3 in einer Seitenansicht mit zwei am Sensorboard angeordneten Befüllvorrichtung,
6 das Sensorboard gemäß 3 in einer Aufsicht mit den beiden am Sensorboard angeordneten Befüllvorrichtungen,
7 ein Sensorboard mit vier 1:4-Hybriden in einer Seitenansicht,
8 einen vergrößerter Ausschnitt des Randbereichs des Sensorboards nach 7,
9 einen vergrößerter Ausschnitt des Zwischenraums zwischen zwei Hybriden des Sensorboards gemäß 7,
10 das Sensorboard gemäß 7 in einer Seitenansicht,
11 einen vergrößerten Ausschnitt des Randbereichs des Sensorboards nach 10 mit verfüllten Zwischenräumen,
12 einen vergrößerter Ausschnitt des Zwischenbereichs zwischen zwei Ausleseeinheiten eines Hybrids des Sensorboards nach 10 mit verfüllten Zwischenräumen,
13 ein weiteres Sensorboard mit zwei benachbart zueinander auf einem Träger angeordneten 1:4-Hybriden in einer Seitenansicht,
14 einen vergrößerter Ausschnitt des Zwischenbereichs zwischen zwei Hybriden des Sensorboards gemäß 13 mit verfüllten Zwischenräumen,
15 den vergrößerten Ausschnitt des Zwischenbereichs gemäß 14 mit verfüllten Zwischenräumen und einem mit einer Stufe ausgebildeten Träger,
16 den vergrößerten Ausschnitt des Zwischenbereichs gemäß 14 mit verfüllten Zwischenräumen und einem mit einer Nut ausgebildeten Träger,
17 den vergrößerten Ausschnitt des Zwischenbereichs gemäß 13 mit unverfüllten Zwischenbereichen und einer an den Bauteilen aufgebrachten Beschichtung, sowie
18 den Ausschnitt gemäß 17 mit verfüllten Zwischenbereichen.
In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes, in einem Sensorboard 1 einsetzbares 1:1-Hybrid 3 in einer Seitenansicht 5 und in einer Aufsicht 7 gezeigt. Der Hybrid 3 umfasst eine Sensorschicht 9 mit einer Sensoroberfläche 11, die im Stapelaufbau 13 auf einer Ausleseeinheit 15 angeordnet ist. Die Anordnung erfolgt unter Ausbildung einer Beabstandung der Sensorschicht 9 von der Ausleseeinheit 15 in Stapelrichtung 16.
Zwischen der Ausleseeinheit 15 und der Sensorschicht 9 sind Lötkugeln 17 angeordnet, über welche die Bauteile 9, 15 beabstandet aneinander fixiert sind. Der durch die Beabstandung entstehende Zwischenraum 19 zwischen der Ausleseeinheit 15 und der Sensorschicht 9 kann mittels eines geeigneten fließfähigen Füllmaterials kapillar verfüllt werden. Zur elektrischen Kontaktierung der Sensorschicht 9 sind in der Ausleseeinheit 15 Durchkontaktierungen 20 (TSV, Through Silicon Vias) eingebracht.
In 2 ist ebenfalls ein aus dem Stand der Technik bekannter Hybrid 21 in einer Seitenansicht 23 und in einer Aufsicht 25 gezeigt, welcher in einem Sensorboard 1 verbaut werden kann. Hierbei handelt es sich um einen 1:4-Hybrid mit einer Sensorschicht 27 und einer Sensoroberfläche 29. Die Sensorschicht 27 ist im Stapelaufbau 31 auf vier Ausleseeinheiten 33 aufgebracht. Die Anordnung der Ausleseeinheiten 33 zueinander und deren Anordnung an der Sensorschicht 27 ist der Aufsicht 25 zu entnehmen.
Wie auch beim 1:1-Hybrid 3 gemäß 1 sind zwischen den Ausleseeinheiten 33 und der Sensorschicht 27 zur Fixierung der Bauteile 27, 33 in Stapelrichtung 34 Lötkugeln 35 angeordnet, wodurch ein Zwischenraum 37 entsteht. Der Zwischenraum 37 kann abschließend mittels eines fließfähigen Füllmaterials kapillar verfüllt werden. Die elektrische Kontaktierung der Sensorschicht 27 erfolgt ebenfalls mittels Durchkontaktierungen 39.
In 3 ist ein Sensorboard 41 mit zwei in einer zur Stapelrichtung 56 quer verlaufenden Längsrichtung 42 benachbart zueinander auf einem als Trägerkeramik ausgebildeten Träger 43 angeordneten 1:2-Hybriden 45 in einer Seitenansicht gezeigt. Es handelt es sich somit um ein Multihybrid-Sensorboard 41. Das Sensorboard 41 kann in einem Detektormodul 46 verbaut werden.
Beide Hybride 45 des Sensorboards 41 umfassen jeweils eine Sensorschicht 47 mit einer Sensoroberfläche 49, wobei die Sensorschicht 47 mittels Durchkontaktierungen 51 elektrisch kontaktiert ist. Die Sensorschichten 47 sind jeweils im Stapelaufbau 53 beabstandet von diesen auf zwei Ausleseeinheiten 55 angeordnet ist.
Die Beabstandung resultiert aus der in Stapelrichtung 56 zwischen den Ausleseeinheiten 55 und den Sensorschichten 47 angeordneten Lötkugeln 59, über welche die Ausleseeinheiten 55 jeweils an der entsprechenden Sensorschicht 47 fixiert sind. Durch die Beabstandung entstehen entsprechend verfüllbare Zwischenräume 57 zwischen den Ausleseeinheiten 55 und den Sensorschichten 47.
Zur Anordnung bzw. zur Fixierung der Hybride 45 auf der Trägerkeramik 43 sind in dem Zwischenraum 61 zwischen den Ausleseeinheiten 55 und dem Träger 43 ebenfalls Lötkugeln 62 angeordnet.
Weiterhin ist eine Befüllvorrichtung 63 in Form einer Nadel gezeigt, mittels der ein kapillar fließfähiges Füllmaterial drucklos in die Zwischenräume 57, 61 verfüllt werden kann. Die Befüllvorrichtung 63 ist vorliegend am Umfangsrand 64 des Sensorboards 41 zwischen den beiden Hybriden 45 angeordnet. Diese Anordnung der Nadel 63 ist anhand der Aufsicht auf das Sensorboard 41 in 4 deutlich zu sehen.
In den 5 und 6 ist das Sensorboard 41 gemäß 3 in einer Seitenansicht (5) und in einer Aufsicht (6) gezeigt. Die Beschreibung zu den 3 und 4 kann entsprechend auf die 5 und 6 übertragen werden. Der Unterschied liegt in der Anordnung der eingesetzten Befüllvorrichtung 63. Gemäß den 5 und 6 sind zwei Nadeln 63 eingesetzt, die jeweils zwischen den benachbarten Ausleseeinheiten 55 eines Hybrids 45 angeordnet sind.
Um die Entstehung von Materialrückständen in den Randbereichen 67 der Sensorschichten 47, also an den sich in Stapelrichtung 56 erstreckenden Seitenflächen 67 zu verhindern, weisen die Sensorschichten 47 im verbauten Zustand einen Überstand gegenüber den Ausleseeinheiten 55 auf.
Anhand der Darstellung gemäß den im Folgenden beschriebenen 7 bis 9 werden diese Überstände verdeutlicht. In 7 ist ein weiteres Multihybrid-Sensorboard 71 gezeigt. Das Sensorboard 71 umfasst vier 1:4-Hybride 73, von denen aufgrund der seitlichen Darstellung nur zwei Hybride 73 zu sehen sind.
Jedes Hybrid 73 umfasst im Stapelaufbau 75 jeweils eine Sensorschicht 77 mit einer Sensoroberfläche 79. Die Sensorschicht 77 ist in Stapelrichtung 81 beabstandet von diesen auf vier Ausleseeinheiten 83 angeordnet. Die Beabstandung resultiert aus den in Stapelrichtung 81 im Zwischenraum 85 zwischen den Ausleseeinheiten 83 und der Sensorschicht 77 angeordneten Lötkugeln 87, über welche die Ausleseeinheiten 83 jeweils an der entsprechenden Sensorschicht 77 fixiert sind.
Wiederum sind die Ausleseeinheiten 83 der vier Hybride 73 unter Ausbildung von Zwischenräumen 89 über Lötkugeln 90 an einem gemeinsamen keramischen Träger 91 fixiert. Alle Zwischenräume 85, 89 sind in einem Prozessschritt mittels eines Füllmaterials zugleich verfüllbar.
Die in 7 gekennzeichneten Ausschnitte 93, 95 sind in den 8 und 9 vergrößert gezeigt. Der Ausschnitt 93 gemäß 8 zeigt den vergrößerten Umfangsrandbereich 97 eines Hybrids 73 des Sensorboards 71, anhand dessen die Abmessungen bzw. Maße der Ausleseeinheiten 83, der Sensorschicht 77 und des Trägers 91 zu sehen sind. Die Sensorschicht 77 weist vorliegend in Längsrichtung 99 einen Überstand 101 von 70 μm gegenüber der Ausleseeinheit 83 auf.
Durch den Überstand 101 wird verhindert, dass bei der Verfüllung des Zwischenraumes 89 im in Längsrichtung 99 außenliegenden Randbereich 102 der Sensorschicht 77, also an den sich in Stapelrichtung 81 erstreckenden Seitenflächen 102, ein Materialüberstand entsteht. Der Überstand 103 des Trägers 91 gegenüber der Sensorschicht 77 kann beispielsweise 100 μm betragen. Bei einem Überstand 101 der Sensorschicht 77 gegenüber der Ausleseeinheit 83 von 70 μm beträgt der Überstand 104 des Trägers 91 gegenüber der Ausleseeinheit 83 dann 170 μm.
Der Ausschnitt 95 gemäß 9 zeigt die vergrößerte Darstellung des Zwischenraums 105 bzw. des Zwischenbereichs zwischen zwei Hybriden 73 des Sensorboards 71. In diesem Zwischenraum 105 weisen die einander benachbarten Sensorschichten 77 in Längsrichtung 99 ebenfalls einen Überstand 107 von 70 μm gegenüber den Ausleseeinheiten 83 auf. Bei der Verfüllung der Zwischenräume 85, 89 kann anhand dieser Überstände 101, 103, 104, 107 verhindert werden, dass das Füllmaterial unkontrolliert fließt bzw. kriecht und unerwünschte Materialrückstände an den Randbereichen 102 der Sensorschichten 77, also an den einander zugewandten Seitenflächen 102 der beiden Sensorschichten 77 entstehen.
Eine mögliche Anordnung der zur Dosierung eines kapillar fließenden Füllmaterials eingesetzten Befüllvorrichtungen 109 ist in 10 gezeigt. Hier sind, wie auch in 5, zwei als Nadeln ausgebildete Befüllvorrichtungen 109 zur Verfüllung der Zwischenräume 85, 89 des Sensorboards 71 jeweils in Zwischenbereichen 110 zwischen den benachbarten Ausleseeinheiten 83 eines Hybrids 73 angeordnet.
Weiterhin sind in 10 zwei Ausschnitte 111, 113 gekennzeichnet, die in den 11 und 12 vergrößert dargestellt sind. Der Ausschnitt 111 gemäß 11 zeigt den vergrößerten Umfangsrandbereich 115 eines Hybrids 73 des Sensorboards 71 gemäß 10 mit verfüllten Zwischenräumen 85, 89. Ausgehend von den in 10 gezeigten Befüllvorrichtungen 109 wird das elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Füllmaterial 116 drucklos in die Zwischenräume 85, 89 zwischen den Bauteilen 77, 83, 91 eingebracht. Das Füllmaterial 116 fließt hierbei aufgrund von des Kapillareffektes in die Zwischenräume 85, 89 hinein. Das Füllmaterial 116 benetzt hierbei die im Stapelaufbau 75 der Ausleseeinheit 83 zugewandte Oberfläche 117 der Sensorschicht 77, also die Unterseite 117 der Sensorschicht 77, die der Sensorschicht 77 zugewandte Oberfläche 119 (Oberseite 119) und dem Träger 91 zugewandte Oberfläche 121 (Unterseite 121) der Ausleseeinheit 83, sowie die im Stapelaufbau 75 der Ausleseeinheit 83 zugewandte Oberfläche 123 (Oberseite 123) des Trägers 91.
Anhand der Darstellung gemäß 11 ist deutlich erkennbar, dass aufgrund des Überstands 101 der Sensorschicht 77 gegenüber der Ausleseeinheit 83, sowie aufgrund des Überstands 103 des Trägers 91 gegenüber der Sensorschicht 77 (bzw. des Überstandes 104 des Trägers 91 gegenüber der Ausleseeinheit 83) nach der Verfüllung keine unerwünschten Materialrückstände am Randbereich 102 der Sensorschicht 77 und am Randbereich 118 des Trägers 91, also an den sich in Stapelrichtung 81 erstreckenden Seitenflächen 118 des Trägers 91, zurückbleiben.
Das Füllmaterial 116 hört an den jeweiligen Überständen 101, 103, 104 aufgrund der Änderung des Kontaktwinkels auf kapillar zu fließen. Entsprechend ist auch im Randbereich 120 der Ausleseeinheit 83, also an den sich in Stapelrichtung 81 erstreckenden Seitenflächen 120 der Ausleseeinheiten 83 kein Materialrückstand zu verzeichnen.
In 12 ist der Ausschnitt 113 aus 10 dargestellt, der den vergrößerten Zwischenbereich 110 zwischen den beiden Hybriden 73 des Sensorboards 71 mit der dort angeordneten Befüllvorrichtung 109 zeigt. Man erkennt anhand der Darstellung, dass an der Position, an der die Befüllvorrichtung 109 angesetzt ist, ein geringer Materialrückstand 125 verbleibt. Dieser Materialrückstand 125 an dieser Stelle ist jedoch unproblematisch, da es sich vorliegend um den Bereich 113 zwischen zwei Ausleseeinheiten 83 handelt. In diesem Bereich 113 ist bei einem Materialrückstand 125 keine Beeinträchtigung der Detektorleistung zu verzeichnen.
In 13 ist ein weiteres Sensorboard 131 in einer Seitenansicht gezeigt, welches mit zwei in Längsrichtung 133 einander benachbart zueinander angeordneten 1:4-Hybriden 135 ausgebildet ist. Beide Hybride 135 umfassen jeweils eine Sensorschicht 137 mit einer Sensoroberfläche 139, die durch Durchkontaktierungen 141 in den Ausleseeinheiten 143 elektrisch kontaktiert sind. Die Sensorschichten 137 sind im Stapelaufbau 145 auf vier Ausleseeinheiten 143 angeordnet, von denen aufgrund der seitlichen Ansicht lediglich zwei Ausleseeinheiten 143 zu sehen sind.
Die Sensorschicht 137 und die Ausleseeinheiten 143 sind in Stapelrichtung 146 jeweils durch Lötkugeln 147 aneinander fixiert. Die aufgrund der Beabstandung durch die Lötkugeln 147 resultierenden Zwischenräume 149 werden im Anschluss an die Montage des Sensorboards 131 mit einem kapillar fließenden Füllmaterial verfüllt.
Beide Hybride 135 sind auf einem gemeinsamen Träger 151 angeordnet und ebenfalls mittels Lötkugeln 153 fixiert. Die resultierenden Zwischenräume 155 werden ebenfalls mit einem kapillar fließenden Füllmaterial verfüllt. Die Verfüllung der zwischen den Bauteilen 137, 143, 151 ausgebildeten Zwischenräume 149, 155 erfolgt hierbei in einem gemeinsamen Prozessschritt. Hierzu sind am Umfangsrand 157 des Sensorboards 131 jeweils an den Zwischenbereichen 159 zwischen den Ausleseeinheiten 137 beider Hybride 135 zwei als Nadeln ausgebildete Befüllvorrichtungen 161 angeordnet.
Wie auch das Sensorboard 71 gemäß den 10 bis 12 weisen die Sensorschicht 137 und der Träger 151 gemäß 13 gegenüber den Ausleseeinheiten 143 jeweils einen Überstand auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese Überstände nicht eingezeichnet. Die diesbezügliche Beschreibung kann jedoch selbstverständlich analog vom Sensorboard 71 auf das Sensorboard 131 übertragen werden.
Der in 13 gekennzeichnete Ausschnitt 162 ist in den 14 bis 16 vergrößert dargestellt. Der Ausschnitt 162 zeigt den vergrößerten Zwischenbereich 163 zwischen den beiden Hybriden 135. Hierbei zeigt jede der drei 14 bis 16 eine andere Möglichkeit zur Verhinderung eines unerwünschten Materialflusses in den Zwischenbereich 163 zwischen den Hybriden 135.
14 zeigt den Ausschnitt 162 des Sensorboards 131 mit einem Zwischenbereich 163, bei dem der Abstand 165 zwischen den beiden in Längsrichtung 133 benachbart auf dem Träger 151 angeordneten Ausleseeinheiten 143 der jeweiligen Hybride 135 220 μm beträgt. So kann verhindert werden, dass das Füllmaterial 167 in die Zwischenbereiche bzw. Zwischenräume 163 zwischen den Hybriden 135 fließt und sich in Stapelrichtung 146 in den Zwischenraum 163 hinein erstrecken.
Entsprechend können die Zwischenräume 155 zwischen den Bauteilen so befüllt werden, dass sowohl Randbereich 166 der Sensorschichten 137, als auch der Randbereich 168 der Ausleseeinheiten 143 frei von dem Füllmaterial 167 sind. Mit anderen Worten sind die sich in Stapelrichtung 146 erstreckenden Seitenflächen 166 der Sensorschichten 137 und die sich in Stapelrichtung 146 erstreckenden Seitenflächen 168 der Ausleseeinheiten frei von dem Füllmaterial 167.
In 15 ist der Träger 151 im Zwischenraum 163 mit einer Stufe 169 in Stapelrichtung 146 ausgebildet. Eine solche Stufe 169 stoppt ebenfalls den Fluss des kapillar fließenden Füllmaterials 167 und stoppt so effektiv dessen Fluss in die Zwischenräume 163 zwischen den Hybriden 135. Aufgrund des sich bei Erreichen der Stufe 169 durch das Füllmaterial 167 verändernden Kontaktwinkels werden durch die Stufe 169 die Entstehung von Materialrückständen in den Randbereichen 166, 168 verhindert.
16 zeigt den Träger 151 mit einer in diesen im Zwischenbereich 163 eingebrachten Nut 171. Die Nut 171 erfüllt hierbei den gleichen Zweck wie die Stufe 169 gemäß 15, sie und begrenzt den Materialfluss in die Zwischenräume 163 zwischen den Hybriden 135. Auch hier kann die Befüllung der Zwischenräume 155 aufgrund der nutbedingten Kontaktwinkeländerung derart erfolgen, dass sowohl Randbereich 166 der Sensorschichten 137, also deren Seitenfläche 166, als auch der Randbereich 168 der Ausleseeinheiten 143, also deren Seitenfläche 168, frei von dem Füllmaterial 167 sind.
In den 17 und 18 ist der Zwischenraum 175, bzw. der Zwischenbereich zwischen zwei in Längsrichtung 177 einander benachbart angeordneten 1:2-Hybriden 179 eines weiteren Sensorboards 181 im unverfüllten Zustand (17) und im verfüllten Zustand (18) gezeigt.
Beide Hybride 179 umfassen ebenfalls jeweils einer Sensorschicht 183 mit einer Sensoroberfläche 185. Die Sensorschichten 183 sind im Stapelaufbau 186 jeweils auf jeweils zwei Ausleseeinheiten 187 angeordnet. Die Hybride 179 sind auf einem gemeinsamen Träger 189 angeordnet. Die Sensorschichten 183 sind in Stapelrichtung 191 jeweils durch Lötkugeln 193 von den Ausleseeinheiten 187 beabstandet. Gleiches gilt für die Beabstandung der Ausleseeinheiten 187 vom Träger 189. Auch hier sind Lötkugeln 194 eingesetzt.
Vorliegend sind die Ausleseeinheiten 187 und die Sensorschichten 183 an ihren einander zugewandten Randbereichen 195 mit einer Beschichtung 197 versehen. Als Beschichtungsmaterial ist vorliegend ein dünner Kunststofffilm mit einer niedrigen Oberflächenspannung eingesetzt. Auch der Träger 189 ist mit einer solchen Beschichtung 199 versehen. Die Beschichtung 197, 199 sind vorliegend an den die Zwischenräume 203, 205 begrenzenden Oberflächen der Ausleseeinheiten 187 und der Sensorschichten 183 aufgebracht. Die Beschichtung 199 des Trägers 189 ist vorliegend im Zwischenbereich 175 zwischen den beiden Hybriden 179 ebenfalls als dünne Beschichtung auf die den Ausleseeinheiten 187 zugewandten Oberfläche des Trägers 189 auf diesen aufgebracht.
Die Beschichtungen 197, 199 haben eine kritische Oberflächenspannung, die niedriger ist als die Oberflächenspannung des eingesetzten Füllmaterials 201, so dass der Materialfluss des in die Zwischenräume 203, 205 hineingezogenen Füllmaterials 201 bei Erreichen der Beschichtung 197, 199 aufgrund der schlechteren Benetzbarkeit der Beschichtung 197, 199 gestoppt wird. Ein unerwünschter Materialfluss in den Zwischenraum 175 zwischen den einander benachbarten Hybriden 179 kann so verhindert werden. Entsprechend kann auch bei einer Beschichtung 197, 199 ein Verfüllvorgang gewährleistet werden, bei welchem die als Seitenflächen ausgebildeten Randbereiche 207 der Sensorschichten 183 und die als Seitenflächen ausgebildeten Randbereiche 209 der Ausleseeinheiten 187 frei von dem Füllmaterial 201 bleiben. Dies kann der 18 entnommen werden.

Claims

Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) für ein Detektormodul (46, 127), umfassend in einem Stapelaufbau (13, 31, 53, 75, 145, 186) zumindest eine Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und eine in Stapelrichtung (16, 34, 56, 81, 146, 191) beabstandet zu der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) angeordnete Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183), wobei die Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) in einer Längsrichtung (42, 99, 133, 177) quer zur Stapelrichtung (16, 34, 56, 81, 146, 191) in zumindest einem Randbereich (97, 115, 195) einen Überstand (101, 107) gegenüber der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) aufweist, wobei der durch die Beabstandung zwischen der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) und der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) vorhandene Zwischenraum (19, 37, 57, 85, 149, 203) derart mit einem ausgehärteten Füllmaterial (116, 167, 201) verfüllt ist, dass zumindest ein Randbereich (67, 102, 166, 207) der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) frei von dem Füllmaterial (116, 167, 201) ist.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach Anspruch 1, wobei der durch die Beabstandung zwischen der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) und der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) vorhandene Zwischenraum (19, 37, 57, 85, 149, 203) derart mit dem ausgehärteten Füllmaterial (116, 167, 201) verfüllt ist, dass zumindest ein Randbereich (168, 209) der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) frei von dem Füllmaterial (116, 167, 201) ist.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die den verfüllten Zwischenraum (19, 37, 57, 85, 149, 203) zwischen der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) begrenzenden Oberflächen (117, 119) durch das eingesetzte Füllmaterial (116, 167, 201) vollständig benetzt sind.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Überstand (101, 107) der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) gegenüber der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) 50 μm bis 100 μm beträgt.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) im Stapelaufbau (13, 31, 53, 75, 145, 186) einem Träger (43, 91, 151, 189) aufbracht ist.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach Anspruch 5, wobei die Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und der Träger (43, 91, 151, 189) in Stapelrichtung (16, 34, 56, 81, 146, 191) beabstandet zueinander angeordnet sind.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der durch die Beabstandung zwischen der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und dem Träger (43, 91, 151, 189) vorhandene Zwischenraum (37, 61, 89, 155, 191) derart mit einem ausgehärteten Füllmaterial (116, 167, 201) verfüllt ist, dass zumindest ein Randbereich (118) des Trägers (43, 91, 151, 189) frei von dem Füllmaterial (116, 167, 201) ist.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der durch die Beabstandung zwischen der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und dem Träger (43, 91, 151, 189) vorhandene Zwischenraum (37, 61, 89, 155, 191) derart mit einem ausgehärteten Füllmaterial (116, 167, 201) verfüllt ist, dass zumindest ein Randbereich (168, 209) der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) frei von dem Füllmaterial (116, 167, 201) ist.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die den verfüllten Zwischenraum (37, 61, 89, 155, 191) zwischen der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und dem Träger (43, 91, 151, 189) begrenzenden Oberflächen (121, 123) durch das eingesetzte Füllmaterial (116, 167, 201) vollständig benetzt sind.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Träger (43, 91, 151, 189) in Längsrichtung (42, 99, 133, 177) quer zur Stapelrichtung (16, 34, 56, 81, 146, 191) in zumindest einem Randbereich (97, 115, 195) einen Überstand (104) gegenüber der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) aufweist.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach Anspruch 10, wobei der Überstand (104) des Trägers (43, 91, 151, 189) gegenüber der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) bis zu 5000 μm beträgt.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei der Abstand (167) zwischen zwei einander in Längsrichtung (42, 99, 133, 177) benachbart auf einem Träger (43, 91, 151, 189) angeordneten Ausleseeinheiten (15, 33, 55, 83, 143, 187) zwischen 100 μm und 1000 μm beträgt.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei der Träger (43, 91, 151, 189) mit einer Stufe (169) in Stapelrichtung (16, 34, 56, 81, 146, 191) ausgebildet ist.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei in den Träger (43, 91, 151, 189) eine Nut (171) eingebracht ist.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und/oder die Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) in zumindest einem ihrer Randbereiche (97, 115, 195) mit einer Beschichtung (197, 199) versehen sind.
Sensorboard (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 5 bis 15, wobei der Träger (43, 91, 151, 189) zumindest teilweise mit einer Beschichtung (197, 199) versehen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorboards (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 für ein Detektormodul (46, 127), wobei der Zwischenraum (19, 37, 57, 85, 149, 203) zwischen der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) und der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) mit einem bezüglich der den Zwischenraum begrenzenden Oberflächen (117, 119) benetzenden fließfähigen Füllmaterial (116, 167, 201) derart verfüllt wird, dass zumindest ein Randbereich (67, 102, 166, 207) der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) frei von dem Füllmaterial (116, 167, 201) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) im Stapelaufbau (13, 31, 53, 75, 145, 186) beabstandet zu diesem auf einem Träger (43, 91, 151, 189) angeordnet wird, und wobei der Zwischenraum (37, 61, 89, 155, 191) zwischen der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und dem Träger (43, 91, 151, 189) mit einem bezüglich der den Zwischenraum (37, 61, 89, 155, 191) begrenzenden Oberflächen (121, 123) benetzenden fließfähigen Füllmaterial (116, 167, 201) derart verfüllt wird, dass zumindest ein Randbereich (118) des Trägers (43, 91, 151, 189) frei von dem Füllmaterial (116, 167, 201) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei sowohl der Zwischenraum (19, 37, 57, 85, 149, 203) zwischen der Sensorschicht (9, 27, 47, 77, 137, 183) und der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187), als auch der Zwischenraum (37, 61, 89, 155, 191) zwischen der Ausleseeinheit (15, 33, 55, 83, 143, 187) und dem Träger (43, 91, 151, 189) zugleich mit dem fließfähigen Füllmaterial (116, 167, 201) verfüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 17 bis 19, wobei das Füllmaterial (116, 167, 201) von zumindest einer Seitenfläche des Stapelaufbaus (13, 31, 53, 75, 145, 186) ausgehend in den oder jeden Zwischenraum (19, 37, 57, 85, 149, 203) eingebracht wird.
Detektormodul (46, 127) für einen Röntgendetektor mit einer Anzahl von einander benachbart auf einem Modulträger angeordneten Sensorboards (1, 41, 71, 131, 181) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.