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Es wird ein Strahlungsdetektor angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Strahlungsdetektors angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Strahlungsdetektor mit einem hohen Füllfaktor anzugeben, der effizient herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Strahlungsdetektor und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Strahlungsdetektor zur Detektion von Strahlung vorgesehen. Bei der zu detektierenden Strahlung handelt es sich insbesondere um sichtbares Licht, um nahultraviolette Strahlung und/oder um nahinfrarote Strahlung. Beispielsweise liegt ein Wellenlängenbereich, in den der Strahlungsdetektor zur Detektion eingerichtet ist, bei mindestens 300 nm oder 360 nm oder 400 nm und/oder bei höchstens 1,1 µm oder 0,8 µm oder 0,6 µm. Ein Sensitivitätsmaximum des Strahlungsdetektors liegt bevorzugt im blauen oder nahenultravioletten Spektralbereich, beispielsweise bei mindestens 370 nm oder 410 nm und/oder bei höchstens 500 nm oder 430 nm, etwa bei ungefähr 420 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Strahlungsdetektor einen oder mehrere Detektorchips. In dem mindestens einen Detektorchip wird die Strahlung detektiert. Der Detektorchip umfasst oder besteht aus zumindest einem Halbleiterkörper, welcher auf einem oder auf mehreren Halbleitermaterialien basiert. Insbesondere ist die Hauptkomponente des Detektorchips der einstückige Halbleiterkörper. Beispielsweise handelt es sich bei dem Detektorchip um einen Siliziumchip, wobei alternativ oder zusätzlich auch andere Halbleitermaterialien wie Germanium oder Verbindungshalbleitermaterialien zum Einsatz kommen können. Zusätzlich zu dem Halbleiterkörper kann der Detektorchip noch metallische Komponenten wie Leiterbahnen oder dielektrische Komponenten wie Schutzschichten enthalten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Strahlungsdetektor einen oder mehrere Vergusskörper. Der mindestens eine Vergusskörper umgibt den Detektorchip in Draufsicht auf eine Strahlungseintrittsfläche gesehen ringsum. Das heißt, der Detektorchip ist von einer geschlossenen Bahn aus einem Material des Vergusskörpers umgeben, auf die Strahlungseintrittsfläche gesehen. Die Strahlungseintrittsfläche ist diejenige Fläche, über die Strahlung, die zu detektieren ist, in den Halbleiterkörper und in den Detektorchip eintritt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Strahlungsdetektor eine oder mehrere elektrische Durchkontaktierungen auf. Die mindestens eine Durchkontaktierung ist mit mindestens einem elektrisch leitenden Material wie einem Metall oder einem Halbleitermaterial gestaltet. Insbesondere umfasst die Durchkontaktierung ein elektrisch gut leitendes Metall wie Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold, wobei auch Legierungen mit oder aus diesen Metallen eingesetzt werden können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Durchkontaktierung in Draufsicht gesehen neben der Strahlungseintrittsfläche. Das heißt, die Durchkontaktierung und die Strahlungseintrittsfläche überlappen dann nicht, von oben gesehen. Dabei kann die Durchkontaktierung ringsum von der Strahlungseintrittsfläche umgeben sein, wiederum in Draufsicht gesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchdringt die Durchkontaktierung den Vergusskörper. Das heißt, insbesondere in Richtung senkrecht zur Strahlungseintrittsfläche durchläuft die Durchkontaktierung den Vergusskörper vollständig. Dabei kann die Durchkontaktierung bündig mit dem Vergusskörper abschließen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Strahlungsdetektor elektrische Leitungen an einer Vorderseite und/oder an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite auf. Bei der Rückseite handelt es sich bevorzugt um eine Montageseite des Strahlungsdetektors. Die Vorderseite ist diejenige Seite, an der sich die Strahlungseintrittsfläche befindet. Bevorzugt ist die Strahlungseintrittsfläche von der Vorderseite umfasst.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich elektrische Anschlussflächen des Strahlungsdetektors an der Rückseite. Über die elektrische Anschlussfläche ist der Strahlungsdetektor elektrisch und bevorzugt auch mechanisch extern anschließbar. Insbesondere erfolgt eine elektrische und/oder mechanische Kontaktierung des Strahlungsdetektors ausschließlich über die elektrischen Anschlussflächen an der Rückseite. Somit können sich alle elektrischen Anschlussflächen an der Rückseite befinden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die elektrischen Leitungen an der Vorderseite über die Durchkontaktierung mit den Leitungen an der Rückseite verbunden. Somit sind alle oder manche der Leitungen an der Vorderseite durch die Durchkontaktierungen hindurch und über die Leitungen an der Rückseite mit den elektrischen Anschlussflächen an der Rückseite verbunden, insbesondere elektrisch unmittelbar ohne dazwischenliegende elektronische Komponenten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Durchkontaktierung, der Vergusskörper, der Halbleiterkörper und/oder der Detektorchip gleich dick. Gleich dick bedeutet bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 10 µm oder 3 µm oder 1 µm oder im Rahmen der Messgenauigkeit. Mit anderen Worten schließen die Durchkontaktierung, der Vergusskörper und der Halbleiterkörper in Richtung senkrecht zur Strahlungseintrittsfläche an der Vorderseite und/oder an der Rückseite bündig miteinander ab.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zumindest eine Durchkontaktierung durch den Vergusskörper mechanisch fest mit dem Detektorchip und/oder dem Halbleiterkörper verbunden. Dies bedeutet, dass ohne den Vergusskörper kein mechanisch fester Halt zwischen dem Detektorchip und der Durchkontaktierung gegeben ist. Bei der Durchkontaktierung handelt es sich somit um keine Komponente, die bereits in dem Detektorchip oder in dem Halbleiterkörper selbst fest integriert ist.
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In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet der Strahlungsdetektor mindestens einen Detektorchip mit einem Halbleiterkörper zur Detektion von Strahlung. Wenigstens ein Vergusskörper umgibt den Detektorchip ringsum, in Draufsicht auf eine Strahlungseintrittsfläche des Detektorchips gesehen. Mindestens eine elektrische Durchkontaktierung befindet sich in Draufsicht auf die Strahlungseintrittsfläche gesehen neben der Strahlungseintrittsfläche und durchdringt den Vergusskörper, insbesondere in Richtung senkrecht zur Strahlungseintrittsfläche. Der Strahlungsdetektor umfasst ferner elektrische Leitungen an einer Vorderseite mit der Strahlungseintrittsfläche und an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite. Elektrische Anschlussflächen sind an der Rückseite angebracht, so dass der Strahlungsdetektor über die Rückseite extern elektrisch und mechanisch anschließbar ist. Die Leitungen an der Vorderseite sind über die Durchkontaktierung mit den Leitungen an der Rückseite verbunden. Die Durchkontaktierung, der Vergusskörper und der Halbleiterkörper sind gleich dick. Die Durchkontaktierung ist durch den Vergusskörper mechanisch fest mit dem Halbleiterkörper verbunden.
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Bei einem solchen Strahlungsdetektor sind die Durchkontaktierungen sowie die elektrischen Leitungen unabhängig vom Detektorchip in nachgelagerten Prozessschritten herstellbar. Insbesondere ist ein hoher Füllfaktor der Strahlungseintrittsfläche an einer Gesamtfläche des Strahlungsdetektors erzielbar, zum Beispiel ein Füllfaktor von mindestens 75 % oder 85 % oder 90 %. Durch den Vergusskörper sind zudem die Durchkontaktierungen effizient mit dem Detektorchip verbindbar, so dass der Strahlungsdetektor massenproduktionstauglich herstellbar ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zumindest eine Durchkontaktierung als Hybridblock gestaltet. Dabei weist der Hybridblock einen Leiterkörper und einen Isolatorkörper auf. Insbesondere besteht der Hybridblock aus einem oder mehreren Leiterkörpern zusammen mit dem bevorzugt genau einen Isolatorkörper. Dabei handelt es sich bei dem Hybridblock bevorzugt um einen Teil oder Ausschnitt aus einer Leiterplatte. Somit ist der Leiterkörper etwa durch einen Metallkörper gebildet, der den Isolatorkörper vollständig durchdringt. Der Isolatorkörper ist dabei zum Beispiel aus einem Leiterplattenmaterial wie FR4 erzeugt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der Leiterkörper in Draufsicht auf die Strahlungseintrittsfläche gesehen innerhalb des Isolatorkörpers. Das bedeutet, der eine oder die mehreren Leiterkörper sind in Draufsicht gesehen ringsum von einem Material des Isolatorkörpers umgeben. Seitenflächen des zumindest einen Leiterkörpers sind bevorzugt vollständig von dem Material des Isolatorkörpers bedeckt, insbesondere unmittelbar und/oder formschlüssig.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgen der Leiterkörper, der Isolatorkörper, der Vergusskörper und der Detektorchip in Richtung parallel zur Strahlungseintrittsfläche direkt aufeinander. Das heißt, der Hybridblock ist aufgrund des Vergusskörpers von dem Detektorchip beabstandet und durch den Vergusskörper mit dem Detektorchip und dem Halbleiterkörper fest verbunden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die Durchkontaktierung aus dem Leiterkörper. In diesem Fall folgen bevorzugt der Leiterkörper, der Vergusskörper und der Detektorchip in Richtung parallel zur Strahlungseintrittsfläche direkt aufeinander. Der Vergusskörper ummantelt bevorzugt den Detektorchip und die Durchkontaktierung, also den Leiterblock, formschlüssig in gleicher Weise.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Detektorchip in Draufsicht auf die Vorderseite gesehen eine Außenkontur auf. Bei der Außenkontur handelt es sich bevorzugt um ein Quadrat oder um ein Rechteck oder auch um ein regelmäßiges Sechseck. Die Durchkontaktierung oder eine oder mehrere der Durchkontaktierungen oder alle Durchkontaktierungen sind in Draufsicht gesehen innerhalb der Außenkontur angeordnet. Beispielsweise weist der Detektorchip eine oder mehrere zentrale Ausnehmungen auf, die den Detektorchip vollständig durchdringen und die ringsum von einem Material des Detektorchips und des Halbleiterkörpers umgeben sind, wobei sich die Durchkontaktierung innerhalb der zumindest einen Ausnehmung befindet. Anders formuliert weist der Detektorchip ein Loch auf, in dem die Durchkontaktierung angebracht ist. Die Ausnehmung oder das Loch sind teilweise oder vollständig von der Durchkontaktierung zusammen mit dem Vergusskörper ausgefüllt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Detektorchip eine Außenkontur mit einer Einbuchtung auf. Die Einbuchtung befindet sich bevorzugt an Ecken der Außenkontur, kann sich aber auch entlang von Kanten der Außenkontur befinden, etwa mittig an den Kanten. Die Außenkontur ist wiederum beispielsweise durch ein Quadrat, ein Rechteck oder ein regelmäßiges Sechseck gebildet. Dadurch, dass sich die Durchkontaktierung in der Einbuchtung der Außenkontur befindet, kann der Strahlungsdetektor insgesamt eine Außenkontur mit einer einfachen geometrischen Gestalt aufweisen, beispielsweise eine quadratische, rechteckige oder sechseckige Form.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Seitenflächen des Strahlungsdetektors teilweise oder vollständig durch den Vergusskörper gebildet. Sind die Seitenflächen vollständig von einem Material des Vergusskörpers gebildet, so umgibt der Vergusskörper bevorzugt die Durchkontaktierung ringsum in einer geschlossenen Bahn. Alternativ kann der Vergusskörper die Seitenflächen des Strahlungsdetektors nur zum Teil bilden. In diesem Fall sind die Seitenflächen bevorzugt vollständig durch den Vergusskörper zusammen mit der Durchkontaktierung, insbesondere durch ein Material des Vergusskörpers zusammen mit einem Material des Isolatorkörpers oder der Isolatorkörper, gebildet. Es können mit anderen Worten die Durchkontaktierungen an den Seitenflächen stellenweise frei liegen. Der Detektorchip oder der Halbleiterkörper liegen bevorzugt an keiner Stelle der Seitenflächen frei.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Durchkontaktierung ein Vollvolumenkörper ohne Hohlräume. Insbesondere der Leiterkörper ist dann kein Zylindermantel sondern ein Vollzylinder. Bei dem Leiterkörper handelt es sich in diesem Fall nicht lediglich um eine dünne Beschichtung des Isolatorkörpers, sondern um einen vollvolumig ausgefüllten Körper.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Detektorchip eine Vielzahl von Detektorzellen auf. Die Detektorzellen sind bevorzugt jeweils gleich aufgebaut. Jede Detektorzelle ist bevorzugt unabhängig von den anderen Detektorzellen dazu geeignet, die Strahlung zu detektieren. Insbesondere weist der Detektorchip mindestens 300 oder 400 oder 900 oder 2.000 Detektorzellen auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Anzahl der Detektorzellen des Detektorchips bei höchstens 107 oder 106 oder 100.000 oder 60.000 oder 20.000.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Detektorchip nur genau eine einzige Detektorzellen auf. Die Detektorzelle nimmt dann bevorzugt die gesamte Strahlungseintrittsfläche ein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Detektorzellen in Draufsicht gesehen nebeneinander angeordnet und/oder überlappen nicht. Die Strahlungseintrittsfläche ist bevorzugt aus strahlungsempfindlichen Teilflächen der einzelnen Detektorzellen zusammengesetzt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Detektorzellen oder zumindest ein Teil der Detektorzellen elektrisch parallel zueinander geschaltet. Ein Signal des Strahlungsdetektors ist beispielsweise ein Stromsignal, aufsummiert aus den Stromsignalen eines Teils oder aller Detektorzellen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Strahlungsdetektor mindestens zwei oder drei und/oder höchstens 100 oder zehn oder fünf oder vier verschieden funktionalisierte elektrische Anschlussflächen auf. Es ist möglich, dass eine größere Anzahl von geometrisch unabhängigen elektrischen Anschlussflächen vorhanden ist, wobei die Anschlussflächen dann teilweise untereinander elektrisch kurzgeschlossen sind, so dass mehrere der geometrisch separaten Anschlussflächen in diesen Fall aber elektrisch identisch funktionalisiert sind. Es können zudem weitere Anschlussflächen vorhanden sein, die bevorzugt nach außen hin baugleich zu den elektrischen Anschlussflächen sind, wobei die weiteren Anschlussflächen aber elektrisch nicht funktionalisiert sind, sondern etwa nur zu einer mechanischen Stabilisierung und/oder Befestigung und/oder Entwärmung dienen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Strahlungsdetektor und/oder bei dem Detektorchip um einen Photomultiplier-Chip, insbesondere um einen Photomultiplier-Siliziumchip. Ein Photomultiplier-Siliziumchip wird auch kurz als SiPM-Chip bezeichnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Detektorchip dazu eingerichtet, im Geiger-Modus insbesondere oberhalb einer Durchbruchspannung betrieben zu werden. Mit anderen Worten kann der Strahlungsdetektor als Lawinenphotodiode, kurz APD oder Avalanche Photodiode, betrieben werden.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Strahlungsdetektoren angegeben. Mit dem Verfahren werden Strahlungsdetektoren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für den Strahlungsdetektor offenbart und umgekehrt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines ersten Verbundträgers. Bei dem ersten Verbundträger handelt es sich bevorzugt um einen temporären Träger. Der erste Verbundträger kann mechanisch flexibel oder, bevorzugt, mechanisch starr sein. Beispielsweise ist der erste Verbundträger aus einem Kunststoff, einem Metall, einer Keramik, einem Glas oder einem Halbleitermaterial wie Silizium gestaltet. Es ist möglich, dass der erste Verbundträger und optionale weitere Verbundträger aus einem Basiskörper und zumindest einer hierauf angebrachten Klebeschicht zusammengesetzt sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Mehrzahl der Halbleiterkörper der Detektorchips auf dem ersten Verbundträger angeordnet. Ferner wird eine Mehrzahl der Durchkontaktierungen auf dem ersten Verbundträger angeordnet. Die Halbleiterkörper und die Durchkontaktierungen haften bevorzugt derart an dem ersten Verbundträger, so dass kein unbeabsichtigtes Verrutschen der Durchkontaktierungen relativ zu den Halbleiterkörpern in nachfolgenden Verfahrensschritten erfolgt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterkörper und die Durchkontaktierungen auf den ersten Verbundträger so angebracht, sodass eine Zuordnung von einer oder mehrerer der Durchkontaktierungen zu jedem der Halbleiterkörper gegeben ist. Insbesondere erfolgt eine eindeutige oder eineindeutige Zuordnung der Durchkontaktierungen zu bestimmten Halbleiterkörpern.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Vergusskörper erzeugt. Die Halbleiterkörper und die Durchkontaktierungen sind durch den Vergusskörper, nach dessen Aushärten und/oder Vernetzen, mechanisch fest miteinander verbunden. Dabei befindet sich zwischen jedem der Halbleiterkörper und der oder den zugehörigen Durchkontaktierungen jeweils ein Material des Vergusskörpers.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Halbleiterchips und die Durchkontaktierungen beim Erzeugen des Vergusskörpers an einer dem ersten Verbundträger abgewandten Seite vollständig von einem Material des Vergusskörpers bedeckt. Die Halbleiterkörper und die Durchkontaktierungen sind somit bevorzugt vollständig von dem Vergusskörper zusammen mit dem ersten Verbundträger eingeschlossen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Vergusskörper nach dem Erzeugen gedünnt. Das Dünnen erfolgt durch einen Materialabtrag. Beispielsweise wird das Dünnen mittels Schleifen und/oder Polieren durchgeführt. Beim Dünnen wird neben einem Material des Vergusskörpers bevorzugt auch ein Material der Halbleiterkörper und/oder der Durchkontaktierungen, insbesondere aller Halbleiterkörper und Durchkontaktierungen, abgetragen. Dabei werden bevorzugt der Vergusskörper, die Halbleiterkörper und die Durchkontaktierungen auf eine gemeinsame, gleiche Dicke gebracht. Dabei kann beim Dünnen die Strahlungseintrittsfläche oder, bevorzugt, die Rückseite gebildet werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden an der Vorderseite die elektrischen Leitungen erzeugt. Dies erfolgt beispielsweise durch das Aufbringen einer durchgehenden Metallisierung und durch ein nachfolgendes Strukturieren der Metallisierung. Ebenso kann ein Material der elektrischen Leitungen gezielt nur stellenweise aufgebracht werden, beispielsweise durch Drucken.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt ein Anbringen eines zweiten Verbundträgers an der Rückseite, die der Strahlungseintrittsfläche gegenüber liegt. Bevorzugt nach dem Anbringen des zweiten Verbundträgers wird der erste Verbundträger von der Rückseite abgelöst. Der zweite Verbundträger kann eine durchgehende, unstrukturierte Fläche aufweisen, auf dem ein Verbund aus den Vergusskörper, den Durchkontaktierungen, den Halbleiterkörpern und den Leiterbahnen an der Vorderseite ganzflächig aufgebracht ist. Alternativ ist es möglich, dass der zweite Verbundträger den Verbund lediglich stellenweise berührt und/oder stützt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden elektrische Leitungen und die elektrischen Anschlussflächen an der Rückseite erzeugt. Zwischen dem Erzeugen der elektrischen Leitungen und den erzeugende elektrischen Anschlussflächen können weitere Verfahrensschritte wie ein Strukturieren von Metallisierungen und/oder das Aufbringen von Passivierungsschichten erfolgen. Insbesondere kann ein weiterer Verbundträger an der Vorderseite angebracht werden und der zweite Verbundträger kann abgelöst werden. Bei dem weiteren Verbundträger kann es sich um eine Folie handeln. Es ist möglich, dass der weitere Verbundträger verbleibt, bis eine endgültige Montage der fertigen Strahlungsdetektoren erfolgt. Zum Beispiel verbleiben die fertigen Strahlungsdetektoren auf dem etwa als Sägefolie gestalteten Verbundträger, bis sie in einer Anwendung verbaut werden. Das kann heißen, dass nach dem Vereinzeln kein Umpacken etwa in ein sogenanntes Waffle-Pack erfolgt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Verbund zu den Strahlungsdetektoren vereinzelt. Dabei wird zumindest der Vergusskörper zerteilt. Bei dem Vereinzeln handelt es sich zum Beispiel um ein Schleifen, ein Sägen und/oder um eine Laserbehandlung. Der zweite Verbundträger und/oder der weitere Verbundträger kann mit, vor oder nach dem Vereinzeln entfernt werden.
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Die genannten Verfahrensschritte werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Gegebenenfalls sind abweichende Reihenfolgen der Verfahrensschritte ebenso möglich.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind vor dem Schritt des Vereinzelns mehrere der Durchkontaktierungen für verschiedene Halbleiterkörper und für verschiedene Strahlungsdetektoren in einem einzigen Hybridblock zusammengefasst. Der Hybridblock befindet sich bevorzugt an Eckbereichen oder an Kanten der zugehörigen Halbleiterkörper. Alternativ ist es möglich, dass für jeden der späteren, fertigen Strahlungsdetektoren vor dem Schritt des Vereinzelns pro Eckbereich ein einziger Hybridblock mit nur der für den jeweiligen Strahlungsdetektor vorgesehenen Durchkontaktierung vorgesehen ist, sodass die betreffenden Hybridblöcke dann keine weiteren Durchkontaktierungen für andere, benachbarte Strahlungsdetektoren umfassen.
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Außerdem ist es möglich, dass einer oder mehrere der Hybridblöcke in das Loch oder die innenliegende oder mittige Ausnehmung des Detektorchips platziert werden, um eine zentrale Durchkontaktierung zu formen. Dabei können auch mehrere Löcher oder Ausnehmungen vorhanden sein, die je einen oder mehrere der Hybridblöcke beherbergen. Solche Hybridblöcke sind nicht vom Schritt des Vereinzelns betroffen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden beim Vereinzeln die Isolatorkörper der Hybridblöcke zerteilt. Die Leiterkörper sind von dem Schritt des Vereinzelns bevorzugt nicht betroffen, so dass beim Vereinzeln kein oder kein signifikanter Materialabtrag von den Leiterkörpern erfolgt. Alternativ ist es möglich, dass die gesamten Hybridblöcke vom Schritt des Vereinzelns nicht betroffen sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist vom Vereinzeln ausschließlich der Vergusskörper betroffen. Dies schließt nicht aus, dass optional weitere, für die mechanische Integrität nicht wesentliche Komponenten ebenfalls vom Vereinzeln betroffen sind. Bei solchen, mechanisch nicht relevanten Komponenten kann es sich um die elektrischen Leitungen und/oder um Passivierungsschichten handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbleiben vom Schritt des Vereinzelns und/oder vom Schritt des Dünnens Spuren am Vergusskörper, an den Halbleiterkörpern und/oder an den Durchkontaktierungen. Diese Spuren vom Dünnen oder vom Vereinzeln sind an den fertigen Strahlungsdetektoren erkennbar, insbesondere an den Seitenflächen und/oder an der Vorderseite, der Rückseite oder der Strahlungseintrittsfläche. Bei den Spuren handelt es sich insbesondere um Sägespuren oder um Schleifspuren oder auch um Spuren eines Lasertrennens. Anhand dieser Spuren ist es möglich, an dem fertigen Strahlungsdetektor auf das Herstellungsverfahren rückzuschließen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Teil der Anschlussflächen oder sind alle Anschlussflächen an der Rückseite gebildet. Dabei ist ein Teil oder sind alle Anschlussflächen beispielsweise durch Lotbälle, englisch solder balls, realisiert. Bei den Anschlussflächen kann es sich also um ein Lotballfeld, englisch ball grid array oder kurz BGA, handeln. Die genaue Lage der Anschlussflächen und/oder der Lotbälle ist durch die Führung der elektrischen Leitungen an der Rückseite wählbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Oberfläche des ersten und/oder des zweiten und/oder von weiteren Verbundträgern haftvermittelnd ausgeführt, insbesondere aufgrund der zumindest einen Klebeschicht. Dabei sind die Verbundträger bevorzugt jeweils rückstandsfrei von dem Verbund aus dem Vergusskörper, den Halbleiterkörpern und den Durchkontaktierungen sowie gegebenenfalls zusätzlich den Anschlussflächen, den elektrischen Leitungen und/oder den Passivierungsschichten ablösbar. Beispielsweise ist ein Kleber thermisch induziert ablösbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die elektrischen Leitungen an der Vorderseite und die Strahlungseintrittsfläche vor dem Schritt des Vereinzelns vollständig mit einer lichtdurchlässigen und elektrisch isolierenden Schicht bedeckt. Bei dieser Schicht kann es sich um eine Entspiegelungsschicht, auch als Antireflexschicht bezeichnet, handeln. Durch eine solche isolierende Schicht ist ein Eintritt der zu detektierenden Strahlung in den Halbleiterkörper erleichtert und eine Reflektivität der Strahlungseintrittsfläche für die zu detektierende Strahlung ist heraufgesetzt. Es ist möglich, dass die Vorderseite vollständig elektrisch isolierend gestaltet ist, wie bevorzugt auch die Seitenflächen des Strahlungsdetektors.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform betragen die Dicken der Halbleiterkörper, der Detektorchips, der Durchkontaktierungen und/oder des Vergusskörpers nach dem Schritt des Dünnens jeweils mindestens 0,2 mm oder 0,3 mm und/oder höchstens 1,5 mm oder 1 mm oder 0,6 mm. Vor dem Dünnen ist der Vergusskörper bevorzugt dicker als der Halbleiterkörper, der wiederum dicker sein kann als die Durchkontaktierungen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen mittlere Kantenlängen der Halbleiterkörper und/oder der Detektorchips in Draufsicht auf die Strahlungseintrittsfläche gesehen bei mindestens 0,5 mm oder 1 mm oder 2 mm und/oder bei höchstens 15 mm oder 10 mm oder 7 mm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Durchkontaktierungen in Draufsicht auf die Strahlungseintrittsfläche gesehen einen mittleren Durchmesser von mindestens 30 µm oder 50 µm oder 70 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser mittlere Durchmesser bei höchstens 0,8 mm oder 0,5 mm oder 0,2 mm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Breite des Vergusskörpers um die Detektorchips und/oder die Durchkontaktierungen herum, in Draufsicht auf die Strahlungseintrittsfläche gesehen, nach dem Schritt des Vereinzelns bei mindestens 10 µm oder 20 µm oder 40 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Breite bei höchstens 0,5 mm oder 0,3 oder 0,1 mm.
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Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und ein hier beschriebener Strahlungsdetektor unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
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1 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Verfahrens,
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2 bis 4 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Strahlungsdetektoren,
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5 und 9 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Strahlungsdetektoren, und
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6 bis 8 schematische Draufsichten auf hier beschriebene Strahlungsdetektoren während hier beschriebener Herstellungsverfahren.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung von Strahlungsdetektoren 1 illustriert. Gemäß 1A wird ein erster Verbundträger 61 bereitgestellt. Der erste Verbundträger 61 weist einen Basiskörper 63 auf, beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Metall. An dem Basiskörper 63 befinden sich optional eine oder zwei Klebeschichten 64.
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Auf eine der Klebeschichten 64 werden bevorzugt in einem regelmäßigen Muster mehrere Halbleiterkörper 22 für Detektorchips 2 angeordnet. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in 1 jeweils nur einer der Halbleiterkörper 22 illustriert. Die Halbleiterkörper 22 sind bevorzugt aus Silizium und weisen unterschiedlich dotierte Bereiche auf.
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Im Verfahrensschritt der 1B werden elektrische Durchkontaktierungen 3 neben dem Halbleiterkörper 22 angebracht. Dabei sind die Durchkontaktierungen 3 von dem Halbleiterkörper 22 beanstandet. Eine Höhe der Durchkontaktierungen 3 kann geringer sein als eine Dicke der Halbleiterkörper 22.
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In 1C ist dargestellt, dass ein Vergusskörper 4 erzeugt wird, beispielsweise durch Spritzen, Pressen oder Spritzpressen. Der Vergusskörper 4 erstreckt sich bevorzugt durchgehend über alle auf dem ersten Verbundträger 61 angeordneten Halbleiterkörper 22 hinweg und verbindet diese mechanisch fest miteinander, sodass ein Kunstwafer entstehen kann.
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Der Vergusskörper 4, beispielsweise aus einem thermoplastischen oder aus einem UV-härtbaren Kunststoff, wird so aufgebracht, dass dem ersten Verbundträger 61 abgewandte Seiten der Halbleiterkörper 22 und der Durchkontaktierungen 3 vollständig von einem Material des Vergusskörpers 4 bedeckt sind. Eine relative Lage der Durchkontaktierungen 3 zu den Halbleiterkörpern 22 ändert sich während des Erzeugens des Vergusskörpers 4 bevorzugt nicht.
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In 1D ist zu sehen, dass der Vergusskörper 4, die Halbleiterkörper 22 und die Durchkontaktierungen 3 gedünnt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch ein Abschleifen. Dabei wird der Vergusskörper 4 so stark gedünnt, dass sowohl die Halbleiterkörper 22 als auch die Durchkontaktierungen 3 an der dem ersten Verbundträger 61 angewandten Seite vollständig freigelegt werden. Somit weisen der Halbleiterkörper 22, die Durchkontaktierungen 3 und der Vergusskörper 4 eine gemeinsame Dicke auf und schließen bündig miteinander ab, in Richtung senkrecht zum ersten Verbundträger 61.
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Darüber hinaus ist in 1D illustriert, dass eine erste Passivierungsschicht 7a aufgebracht wird. Die erste Passivierungsschicht 7a ist beispielsweise aus einem Oxid wie Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid oder aus einem Nitrid wie Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid. Die erste Passivierungsschicht 7a ist bevorzugt lichtdurchlässig und kann optional als Antireflexschicht funktionalisiert sein.
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Nachfolgend werden Kontaktöffnungen 71, 71a in der ersten Passivierungsschicht 7a erzeugt. Über die Kontaktöffnungen 71, 71a sind über eine nachfolgend aufgebrachte erste Metallisierung 51 die Durchkontaktierungen 3 sowie der Halbleiterkörper 22 elektrisch kontaktierbar. Die mittig liegende Kontaktöffnung 71a ist dabei ein optionaler Kontakt für eine Rückseite 15. Die Metallisierung 51 ist beispielsweise durch eine Aluminiumlegierung, zum Beispiel Aluminium mit einem Siliziumanteil von 1 %, oder durch Kupfer oder eine Kupferlegierung gebildet. Eine Dicke der Metallisierung 51 beträgt beispielsweise mindestens 300 nm oder 400 nm und/oder höchstens 1 µm oder 10 µm, insbesondere ungefähr 700 nm.
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Gemäß 1E wird ein zweiter Verbundträger 62 an einer dem ersten Verbundträger 61 angewandten Seite angebracht. Dabei kann der zweite Verbundträger 62 genauso aufgebaut sein wie der erste Verbundträger 61 oder auch vom ersten Verbundträger 61 abweichen. Anders als dargestellt ist es nicht zwingend erforderlich, dass der zweite Verbundträger 62 ganzflächig angebracht wird.
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Daraufhin wird der erste Verbundträger 61 abgelöst. Auf der ehemals den ersten Verbundträger 61 zugewandten Seite des Vergusskörpers 4 sowie des Detektorchips 2 wird eine zweite Passivierungsschicht 7b aufgebracht. Für die zweite Passivierungsschicht 7b kann das zur ersten Passivierungsschicht 7a beschriebene entsprechend gelten, wie auch für alle weiteren Passivierungsschichten 7c, 7d. Weiterhin werden Kontaktöffnungen 71 erzeugt.
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In 1F ist illustriert, dass eine zweite Kontaktmetallisierung 52 für elektrische Leitungen 5b aufgebracht und strukturiert wird. Die erste und die zweite Kontaktmetallisierungen 51, 52 können gleich oder verschieden voneinander gestaltet sein. Dabei können die erste und die zweite Kontaktmetallisierungen 51, 52 als eine einzige Schicht oder als mehrere Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
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Die Leitungen 5b sowie die zweite Passivierungsschicht 7b werden bevorzugt ganzflächig von einer dritten Passivierungsschicht 7c überformt. Die Passivierungsschichten 7b, 7c zusammengenommen bilden besonders bevorzugt eine Antireflexschicht aus. An der Seite mit den Passivierungsschichten 7b, 7c befindet sich eine Strahlungseintrittsfläche 20 des Detektorchips 2. Die Strahlungseintrittsfläche 20 ist Teil einer Vorderseite 10 des fertigen Strahlungsdetektors 1.
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Gemäß 1G erfolgt ein Anbringen auf einem weiteren, dritten Verbundträger 65, der verschieden vom oder auch baugleich zum ersten und/oder zweiten Verbundträger 61, 62 sein kann. Nach dem Entfernen des zweiten Verbundträgers 62 werden an einer der Vorderseite 10 gegenüberliegenden Rückseite 15 die elektrischen Leitungen 5a aus der zuvor aufgebrachten ersten Metallisierung 51 strukturiert.
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Daraufhin wird eine vierte Passivierungsschicht 7d aufgebracht, in die Kontaktöffnungen 71 an den Leitungen 5a erzeugt werden. Optional kann in den Kontaktöffnungen 71 oder auch ganzflächig auf den Leitungen 5b eine Kontaktmetallisierung 55 aufgebracht werden.
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Die Passivierungsschichten 7a, 7b, 7c, 7d bedecken bevorzugt je den Vergusskörper 4 sowie die Durchkontaktierungen 3 und die Halbleiterkörper 22 ganzflächig oder werden ganzflächig aufgebracht, bevor die Kontaktöffnungen 71 hergestellt werden und/oder bevor eine Strukturierung erfolgt.
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Beim Verfahrensschritt der 1H erfolgt ein Anbringen von elektrischen Anschlussflächen 12 auf den Leiterbahnen 5a an der Rückseite 15. Die elektrischen Anschlussflächen 12 sind durch Lotkugeln gebildet, so dass ein Lotkugelfeld, auch als ball grid array bezeichnet, entsteht.
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Schließlich erfolgt ein Vereinzeln des Verbunds aus den Halbleiterkörpern 22, dem Vergusskörper 4 sowie den Durchkontaktierungen 3 zu einzelnen Strahlungsdetektoren 1. Die vereinzelten Strahlungsdetektoren 1 können dabei einen oder, anders als in 1H gezeigt, auch mehrere der Halbleiterkörper 22 aufweisen.
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Dieses Vereinzeln geschieht beispielsweise durch Sägen. Bevorzugt nach dem Vereinzeln zu den Strahlungsdetektoren 1 wird der weitere Verbundträger 61 abgelöst und/oder durch eine Trägerfolie ersetzt. Die Verbundträger 61, 62 sind bevorzugt rückstandfrei von den Komponenten des Strahlungsdetektors 1 ablösbar.
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In 2 ist der resultierende Strahlungsdetektor 1 ohne die Verbundträger 61, 62 dargestellt. Durch die in Draufsicht gesehen neben den Detektorchip 2 befindlichen Durchkontaktierungen 3 und durch die insbesondere an oder nahe einem Rand des Strahlungsdetektors 1 verlaufenden Leitungen 5a, 5b ist ein hoher Füllfaktor und Anteil der Strahlungseintrittsfläche 20 an einer Gesamtfläche des Strahlungsdetektors 1 erzielbar. Eine Dicke des fertigen Halbleiterkörpers 22 liegt beispielsweise bei nur 400 µm. Die Verbundträger 61, 62, die mit den Detektorchips 2 bestückt werden, weisen bevorzugt einen Durchmesser in der Größenordnung von 300 mm auf. Eine Kantenlänge der Detektorchips 2 und/oder der Strahlungsdetektoren 1 liegt zum Beispiel bei mindestens 2 mm und alternativ oder zusätzlich bei höchstens 20 mm, insbesondere bei ungefähr 3 mm oder 7 mm oder 10 mm oder 15 mm. Eine Breite des Vergusskörpers 4 trägt zur Kantenlänge des Strahlungsdetektors 1 bevorzugt nur wenig bei, zum Beispiel zu höchstens 20 % oder 10 % oder 5 %.
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Der erste Verbundträger 61 kann mit einzelnen Detektorchips 2 bestückt werden, die zuvor aus einem Wafer hergestellt wurden und deren Eigenschaften detektiert wurden, so dass nur funktionsfähige Detektorchips 2 auf dem Verbundträger 61 angebracht werden. Eine Breite des Vergusskörpers 4 um die einzelnen Detektorchips 2 und Durchkontaktierungen 3 herum beträgt nach dem Schritt des Vereinzelns bevorzugt mindestens 50 µm und höchstens 100 µm, beispielsweise 75 µm. Die Passivierungen 7a, 7b, 7c, 7d sowie die Metallisierungen 50 und die Kontaktmetallisierung 55 können über CMOS-Verfahrensschritte aufgebracht werden. Insbesondere durch die Passivierungsschichten 7b, 7c an der Strahlungseintrittsfläche 20 ist eine hohe Lichteinkoppeleffizienz erzielbar.
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Die erste Metallisierungen 51, die Kontaktmetallisierung 55 sowie die Anschlussflächen 12 sind bevorzugt frei von magnetischen Materialien wie Nickel. Hierdurch ist ein Einsatz der Strahlungsdetektoren 1 in hohen Magnetfeldern, etwa in Positronen-Emissions-Tomographen, möglich.
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Über eine Führung der Leitungen 5a an der Rückseite 15 ist das Lotkugelfeld weitgehend frei konfigurierbar, wobei nur wenige elektrisch unabhängige externe Anschlüsse vorliegen. Die Anschlussflächen 12 sind beispielsweise aus einer SnCuAg-Legierung gebildet, insbesondere mit einem Kupferanteil von 5 % und einem Silberanteil von 3 %. Insgesamt ist eine geringe Höhe der Strahlungsdetektoren 1 erzielbar, beispielsweise ungefähr 650 µm, inklusive der Anschlussflächen 12.
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Optional weist der Strahlungsdetektor 1 nicht gezeichnete Markierungen auf, die beispielsweise über Laserstrahlung erzeugt sind. Solche Markierungen können zu einer Positionierung des Strahlungsdetektors 1 verwendet werden und/oder Typenbezeichnungen oder Chargennummern enthalten.
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Der Strahlungsdetektor
1 wird bevorzugt in Geiger-Modus als Lawinenphotodiode betrieben und die Detektorchips
2 umfassen bevorzugt eine Vielzahl von bevorzugt regelmäßig und/oder dicht gepackt in einer Matrix angeordneten, einzelnen Detektorzellen
21, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen. Der Detektorchip
2 sowie die nur in
2 durch Strichlinien stark vereinfacht schematisch dargestellten Detektorzellen
21 sind beispielsweise aufgebaut, wie in der Druckschrift
WO 2010/057835 A2 beschrieben, siehe dort insbesondere
1 und die zugehörige Beschreibung auf Seite 18, letzter Absatz bis Seite 23, erster Absatz. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Rückbezug mit aufgenommen. Über die Leitungen
5a,
5b können die Detektorzellen
21 miteinander verschaltet sein. Insofern ist der Detektorchip
2 durch den Halbleiterkörper
22 zusammen mit den die Detektorzellen
21 verschaltenden Leitungen
5a,
5b gebildet. Alle Detektorzellen
21 sind bevorzugt einstückig in dem Halbleiterkörper
22 integriert, sodass nur ein einziger Halbleiterkörper
22 pro Strahlungsdetektor
1 vorhanden ist.
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Die Detektorzellen 21 sind bevorzugt elektrisch parallel geschaltet und deren Signal ergibt ein Gesamtsignal, das an den insbesondere genau zwei verschieden elektrisch funktionalisierten Anschlussflächen 12 ausgelesen wird, bevorzugt genau einer Anschlussfläche für das Gesamtsignal und genau einer Anschlussfläche für eine Vorspannung, auch als Bias bezeichnet.
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Jede der beiden elektrischen Anschlussflächen 12 kann dabei aus mehreren Teilanschlussflächen etwa mit je einem Lotball gebildet sein, sodass die elektrischen Anschlussflächen 12 je mehrere Lotbälle, die kurzgeschlossen sind, umfassen können. Es können zudem optional weitere Anschlussflächen 12a vorhanden sein, die nach außen hin baugleich zu den elektrischen Anschlussflächen 12 sind. Dabei sind die weiteren Anschlussflächen 12a aber elektrisch nicht funktionalisiert, sondern dienen zum Beispiel nur zu einer mechanischen Stabilisierung und Befestigung.
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Mit einem solchen Strahlungsdetektor 1 ist es möglich, einzelne Photonen zu detektieren. Über optional vorhandene integrierte Löschwiderstände, die den jeweiligen Detektorzellen 21 zugeordnet sind, sind zudem hohe Zeitauflösungen realisierbar.
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Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind Durchkontaktierungen 3 innerhalb von Einbuchtungen 26 an Ecken einer Außenkontur 25 des Detektorchips 2 angebracht, siehe auch die Draufsicht in 5A. Dabei befinden sich die Durchkontaktierungen 3 an einander gegenüberliegenden Ecken. Die Außenkontur 25 ist rechteckig oder quadratisch.
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Dem gegenüber ist gemäß 3 eine zentrale Durchkontaktierung 3 in der Mitte des Detektorchips 2 vorhanden, siehe auch die Draufsicht in 5B. Somit liegt die Durchkontaktierung 3 innerhalb der Außenkontur 25 und berührt die Außenkontur 25 nicht. Ein Abgriff des Detektorsignals erfolgt bei dieser Anordnung an der Rückseite 15, insbesondere durch die mittig angebrachte Kontaktöffnung 71 hindurch.
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Gemäß 5B ist ein Loch für die Durchkontaktierung 3 in Draufsicht gesehen quadratisch geformt. Abweichend hiervon kann das Loch auch kreisförmig, sechseckig, oval, rechteckig oder ellipsenförmig sein oder eine andere Form aufweisen. Weiterhin befindet sich die Durchkontaktierung 3 gemäß 5B genau mittig in dem Detektorchip 2. Dies ist nicht zwingend erforderlich. Ferner ist gemäß 5B nur eine Durchkontaktierung 3 innerhalb des Detektorchips 2 vorhanden.
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Abweichend davon können mehrere, speziell zwei, und/oder alle Durchkontaktierungen 3 innerhalb des Detektorchips 3 angebracht sein.
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Gemäß 4 liegt ein ähnlicher Aufbau vor wie in 2, wobei eine zentrale Anschlussfläche 12 vorhanden ist, ähnlich zu 3.
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In 5C ist gezeigt, dass sich die Durchkontaktierungen 3 an einer einzigen Kante des Detektorchips 2 befinden, außerhalb einer Außenkontur 25 des Detektorchips 2, in Draufsicht gesehen. An der Kante mit den Durchkontaktierungen 3 weist der Vergusskörper 4 eine größere Breite auf.
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In den 6 bis 8 sind die Verfahrensschritte des Vereinzelns, vergleiche auch 1H, näher illustriert. Dabei ist je nur ein Bereich dargestellt, in dem vier Ecken von benachbarten Detektorchips 2 aneinander stoßen. Bevorzugt sind die Strahlungsdetektoren 1 dabei gestaltet, wie in Verbindung mit 5A illustriert, sodass jeder der Strahlungsdetektoren 1 an zwei einander gegenüberliegenden Ecken einen solchen Bereich aufweist.
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Gemäß der 6 bis 8 sind jeweils Hybridblöcke 30 vorhanden, die einen oder mehrere innerhalb angeordnete Leiterkörper 33 und einen umlaufenden Isolatorkörper 34 aufweisen. Der Isolatorkörper 34 umgibt den zumindest einen Leiterkörper 33 ringsum vollständig und ist formschlüssig an den oder die Leiterkörper 33 angeformt. Bei dem zumindest einen Leiterkörper 33 handelt es sich beispielsweise um einen in Draufsicht gesehen runden oder quadratischen Kupfervollblock. Der Isolatorkörper 34 ist beispielsweise aus FR4 hergestellt. Jeder der von dem zugehörigen Isolatorkörper 34 umgebenen Leiterkörper 33 in den Hybridblöcken 30 ist für eine der Durchkontaktierungen 3 vorgesehen. Die späteren Durchkontaktierungen 3 sind somit aus einem der Leiterkörper 33 samt dem zugehörigen Isolatorkörper 34 zusammengesetzt und durch einen der Hybridkörper 30 oder durch einen Teil der jeweiligen Hybridkörper 30 gebildet, wenn der entsprechende Hybridkörper 30 vom Vereinzeln betroffen ist.
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Gemäß 6A weist der Hybridblock 30 2 × 2 Leiterkörper 33 und somit auch Durchkontaktierungen 3 auf, eine Durchkontaktierung 3 für jeden der angrenzenden Detektorchips 2. Zwischen benachbarten Detektorchips 2 ist der Vergusskörper 4 vorhanden. Zum Vereinzeln, siehe 6B, wird ausschließlich der Vergusskörper 4 zusammen mit dem Isolatorkörper 34 zerteilt. Seitenflächen 14 der vereinzelten Strahlungsdetektoren 1 sind somit durch den Vergusskörper 4 und die zerteilten Hybridblöcke 30 gebildet. Dabei befindet sich zwischen dem Detektorchip 2 und der Durchkontaktierung 3 in jedem der Strahlungsdetektoren 1 ein durchgehender Bereich mit dem Vergusskörper 4.
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Gemäß 7A weisen die Hybridblöcke 30 je zwei der Durchkontaktierungen 3 auf. Damit liegen nach dem Vereinzeln, siehe 7B, die Durchkontaktierungen 3 nur an einer einzigen Seitenfläche 14 frei. An einer weiteren Seitenfläche 14 sind sowohl die Detektorchips 2 als auch die Durchkontaktierungen 3 von dem Material des Vergusskörpers 4 bedeckt.
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Gemäß 8A sind vier Hybridblöcke 30 in dem Eckbereich vorhanden. Jeder der Hybridblöcke 30 umfasst genau eine der Durchkontaktierungen 3. Nach dem Vereinzeln, siehe 8B, sind sowohl die einzelnen Detektorchips als auch die Durchkontaktierungen 3 von dem Material des Vergusskörpers 4 in bevorzugt einer gleichmäßigen Breite umgeben.
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In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strahlungsdetektors 1 gezeigt. Dabei sind mehrere Detektoren 1´, insbesondere wie in Verbindung mit 1 und/oder 5A dargestellt, matrixartig angeordnet. Bei dem Strahlungsdetektor 1 der 9 ist es möglich, dass auf eine Vereinzelung zwischen manchen der Detektoren 1´, wie in Verbindung mit 1H beschrieben, verzichtet wird, sodass der Strahlungsdetektor 1 der 9 ein Teil des Kunstwafers aus 1C sein kann. Ebenso ist es möglich, dass die einzelnen Detektoren 1´ gemäß 1H vereinzelt werden und anschließend auf einem Träger wie einer Leiterplatte oder einer Wärmesenke arrangiert werden. Die Detektoren 1´ sind dabei bevorzugt so angeordnet und gegeneinander verdreht, sodass sich die Durchkontaktierungen 3 in bestimmten Eckarealen, in denen vier der Detektoren 1´ zusammenstoßen, sammeln. Somit ist jedes zweite Eckareal frei von den Durchkontaktierungen 3. Entlang von Spalten und Zeilen benachbarte Detektoren 1´ sind insbesondere um 90° gegeneinander verdreht arrangiert, in Draufsicht gesehen. Optional vorhandene Lücken zwischen benachbarten Detektoren 1´ können nachträglich mit einem nicht gezeichneten Gießmaterial aufgefüllt werden.
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Ein Abstand zwischen benachbarten Detektoren 1´ beträgt bevorzugt höchstens 20 % oder 10 % oder 5 % einer Kantenlänge der jeweiligen Strahlungseintrittsflächen 20. Bevorzugt sind alle Detektoren 1´ innerhalb des Strahlungsdetektors 1 baugleich, genauso können auch verschieden aufgebaute Detektoren 1´ verwendet werden. Die Detektoren 1´ können elektrisch parallel zueinander verschaltet sein, können aber auch einzeln und unabhängig voneinander auslesbar sein.
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Solche Strahlungsdetektoren 1, wie etwa in Verbindung mit den 1 bis 9 erläutert, können beispielsweise im Kommunikationsbereich etwa bei der Kryptographie oder Datenübertragung verwendet werden. Ebenso ist ein Einsatz in der Astrophysik oder Hochenergiephysik möglich. Ferner können solche Strahlungsdetektoren 1 im Bereich des Heimatschutzes etwa bei der Frachtüberprüfung, zum Beispiel in Röntgenanlagen, eingesetzt werden. Auch in der Meteorologie ist ein Einsatz möglich, beispielsweise in LiDAR-Anlagen oder bei der Analyse von Spurengasen oder Luftbestandteilen. In der Medizin können solche Strahlungsdetektoren 1 in situ oder in vitro eingesetzt werden, beispielsweise zur Detektion von Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung oder von Positronen oder Elektronen. In der Spektroskopie sind solche Strahlungsdetektoren 1 zur Messung von Absorption, optischer Emission, Fluoreszenz oder Ramanemission einsetzbar. Im Bereich der Biotechnologie oder Chemie sind solche Strahlungsdetektoren 1 etwa bei der Flüssigkeitszytometrie, der konvokalen Lasermikroskopie oder in DNA-Scannern und Sequenzierern möglich. Im Umweltschutzbereich können solche Strahlungsdetektoren 1 beispielsweise bei der Staubmessung oder Partikelmessung Verwendung finden.
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Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strahlungsdetektor
- 1´
- Detektor für einen Strahlungsdetektor, der aus mehreren Detektoren zusammengesetzt ist
- 10
- Vorderseite
- 12
- elektrische Anschlussfläche
- 12´
- weitere Anschlussfläche ohne elektrische Funktion
- 14
- Seitenfläche
- 15
- Rückseite
- 2
- Detektorchip
- 20
- Strahlungseintrittsfläche
- 21
- Detektorzelle
- 22
- Halbleiterkörper
- 25
- Außenkontur
- 26
- Einbuchtung
- 3
- elektrische Durchkontaktierung
- 30
- Hybridblock
- 33
- Leiterkörper
- 34
- Isolatorkörper
- 4
- Vergusskörper
- 5
- elektrische Leitung
- 51
- erste Metallisierung
- 52
- zweite Metallisierung
- 55
- Kontaktmetallisierung
- 61
- erster Verbundträger
- 62
- zweiter Verbundträger
- 63
- Basiskörper
- 64
- Klebeschicht
- 65
- dritter Verbundträger
- 7
- Passivierungsschicht
- 71
- Kontaktöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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