DE102017217327A1

DE102017217327A1 - Röntgendetektor aufweisend ein Trägerelement mit Schutzelement entlang der Seitenflächen

Info

Publication number: DE102017217327A1
Application number: DE102017217327.0A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Danzer; Harald Geyer; Jan Wrege
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: DE102017217327B4; US20190090825A1; US10890673B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor (1) aufweisend eine Stapelanordnung mit einer Auswerteeinheit (3) und einer Trägereinheit (7), wobei:
- die Auswerteeinheit (3) und die Trägereinheit (7) mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen (5) elektrisch leitend verbunden sind,
- ein Zwischenraum (9) zwischen der Auswerteeinheit (3), der Trägereinheit (7) und der Mehrzahl von Verbindungselementen (5) ausgebildet ist, und
- ein Schutzelement (11) an zur Stapelrichtung (15) im Wesentlichen parallel angeordneten Seitenflächen (8) der Trägereinheit (7) ausgebildet ist, wobei das Schutzelement (11) in zumindest einem Teilbereich der Seitenflächen (8) entlang des gesamten Außenumfangs und entlang den der Auswerteeinheit (3) zugewandten Kanten der Seitenflächen (8) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor, ein medizinisches Gerät und ein Verfahren zur Herstellung des Röntgendetektors, wobei die Seitenflächen eines vom Röntgendetektor umfassten Trägerelements mittels eines Schutzelements derart ausgestaltet sind, dass ein Eindringen eines Unterfüllungsmaterials verhindert wird.
In der Röntgenbildgebung, beispielsweise in der Computertomographie, der Angiographie oder der Radiographie, können zählende direkt-konvertierende Röntgendetektoren oder integrierende indirekt-konvertierende Röntgendetektoren verwendet werden.
Die Röntgenstrahlung oder die Photonen können in direktkonvertierenden Röntgendetektoren durch ein geeignetes Konvertermaterial in elektrische Pulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial können beispielsweise CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs oder andere verwendet werden. Die elektrischen Pulse werden von einer Auswerteelektronik, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), bewertet. In zählenden Röntgendetektoren wird einfallende Röntgenstrahlung durch Zählen der elektrischen Pulse, welche durch die Absorption von Röntgenphotonen im Konvertermaterial ausgelöst werden, gemessen. Die Höhe des elektrischen Pulses ist in der Regel proportional zur Energie des absorbierten Röntgenphotons. Dadurch kann eine spektrale Information durch den Vergleich der Höhe des elektrischen Pulses mit einem Schwellwert extrahiert werden.
Die Röntgenstrahlung oder die Photonen können in indirektkonvertierenden Röntgendetektoren durch ein geeignetes Konvertermaterial in Licht und mittels Photodioden in elektrisehe Pulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial werden häufig Szintillatoren, beispielsweise GOS (Gd2O2S), CsJ, YGO oder LuTAG, eingesetzt. Szintillatoren werden insbesondere in der medizinischen Röntgenbildgebung im Energiebereich bis 1MeV eingesetzt. Üblicherweise werden sogenannte indirekt-konvertierende Röntgendetektoren, sogenannte Szintillatordetektoren, verwendet, bei denen die Konvertierung der Röntgen- oder Gammastrahlen in elektrische Signale in zwei Stufen erfolgt. In einer ersten Stufe werden die Röntgen- oder Gammaquanten in einem Szintillatorelement absorbiert und in optisch sichtbares Licht umgewandelt, dieser Effekt wird Lumineszenz genannt. Das durch Lumineszenz angeregte Licht wird anschließend in einer zweiten Stufe durch eine mit dem Szintillatorelement optisch gekoppelten ersten Photodiode in ein elektrisches Signal umgewandelt, über eine Auswerte- oder Ausleseelektronik ausgelesen und anschließend an eine Recheneinheit weitergeleitet.
Aus der Druckschrift DE 10 2014 213 734 A1 ist eine bildgebende Vorrichtung für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für Röntgen- und/oder Gamma-Strahlung, bekannt, welche eine Schichtung aus einer Anzahl von Detektionselementen, einer Anzahl von Auslese-Platinen, und einer Basisplatine umfasst, wobei das oder jedes Detektionselement mit jeweils einer Auslese-Platine über eine Mehrzahl von ersten Löt-Kontaktierungen elektrisch kontaktiert ist, wobei die oder jede Auslese-Platine eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen aufweist, und wobei die oder jede Auslese-Platine mit der Basisplatine über eine Mehrzahl von zweiten Löt-Kontaktierungen elektrisch kontaktiert ist.
Aus der Druckschrift DE 10 2014 221 829 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorboards für ein Detektormodul bekannt, wobei eine Mehrzahl von Ausleseeinheiten bereitgestellt wird, wobei die Ausleseeinheiten in einem Stapelaufbau jeweils auf einer gemeinsamen Sensorschicht positioniert werden, und wobei nach erfolgter Positionierung aller Ausleseeinheiten diese unter Ausbildung eines Hybrids gemeinsam an der Sensorschicht fixiert werden.
Aus der Druckschrift DE 10 2014 225 396 B3 ist ein Sensorboard für ein Detektormodul bekannt, 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.
Aus der Veröffentlichung „Starrleiterplattendesign für optischsegementierte Sensorflächen zur Unterfüllung bei kleineren Substratabmaßen“, Prior Art Journal 2015 #23 vom 20.11.2015, DOI: 10.18169/PAPDEOTT004794, ist bekannt, dass durch die Gestaltung eines Überstandes bereits bei der Herstellung der Leiterplatte, welcher sich später unterhalb des überstehenden Bauelementes bzw. der überstehenden Bauelemente befindet, eine Unterfüllung ohne Drehen der Flachbaugruppe erfolgen kann. Der Überstand wird hierbei durch die oberen Leiterplattenlagen - bei mehrlagigen Leiterplatten - gestaltet. Die einzelnen Leiterplatten können im Nutzen bestückt und unterfüllt werden. Erst nach dem Aushärten des Unterfüllungsmaterials erfolgt dann die Vereinzelung. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, den Nutzen zuerst zu vereinzeln und anschließend die einzelnen Leiterplatten zu bestücken und zu unterfüllen. Die Erfinder haben als Nachteil dieses Verfahrens erkannt, dass die Abmessungen einer der einfallenden Röntgenstrahlung zugewandten Oberfläche einer Auswerteeinheit und einer der einfallenden Röntgenstrahlung abgewandten Oberfläche der Leiterplatte bzw. der Trägereinheit in einem Stapelaufbau unterschiedlich sind.
Bisher werden Keramiksubstrate, beispielsweise LTCC oder HTCC, als Material für die Trägereinheit verwendet, um den Anforderungen an die Verwindung und Verwölbung von der mit der Trägereinheit verbundenen Auswerteeinheit, insbesondere eines Röntgendetektors für ein Computertomographiesystem, zu genügen. Um eine höhere Stabilität im Betrieb, insbesondere während der Rotation innerhalb der Gantry, zu gewährleisten, kann eine Unterfüllung zwischen der Trägereinheit und der Auswerteeinheit ausgebildet sein. Die Unterfüllung kann eine flächige Anbindung zwischen der Auswerteeinheit und der Trägereinheit ausbilden und der Entstehung von Defekten der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der Auswerteeinheit und der Trägereinheit, insbesondere einen sogenannten Ballabriss, im Betrieb zu vermeiden.
Die Unterfüllung wird derart ausgebildet, wird das Unterfüllungsmaterial mittels einer Pipette an dem sich ergebenden Spalt zwischen Auswerteeinheit und Trägereinheit seitlich angeboten wird. Das Unterfüllungsmaterial penetriert mittels Kapillarkraft in den Zwischenraum zwischen Auswerteeinheit und Trägereinheit. Ein Umbenetzen des Unterfüllungsmaterials an den Seitenflächen der Trägereinheit erfolgt bei der Verwendung von Keramiksubstraten, beispielsweise LTCC oder HTCC, nicht. Ebenfalls kommt es nicht zu einer Penetration des Unterfüllungsmaterials in die einzelnen Lagen des Keramiksubstrates.
Die Erfinder haben als Problem erkannt, dass bei Verwendung eines organischen Substrats oder einer mehrlagigen Leiterplatte statt einem Keramiksubstrat eine Umbenetzung des Unterfüllungsmaterials an den Seitenflächen der Trägereinheit und ein Eindringen des Unterfüllungsmaterials in die einzelnen Lagen der Trägereinheit auftreten.
Bei der Herstellung von Leiterplatten, welche im Nutzen gefertigt werden, ist es notwendig, diese nach der Herstellung aus dem Nutzen zu trennen. Hierzu werden die einzelnen Lagen meist mittels eines Fräsers herausgetrennt. Da die einzelnen Lagen einer Leiterplatte bzw. eines Nutzens aus einer Polymer-Glas-Gewebe-Matrix bestehen, werden diese beim Trennen an den Seiten der einzelnen Leiterplatten freigelegt. Beim Unterfüllen kommt es an den Seitenflächen bzw. den Kanten nun zu einer Benetzung, da die Laminatstruktur an der Seitenfläche der Leiterplatte nicht geschlossen ist. Dies hat zur Folge, dass einerseits das Unterfüllungsmaterial entlang der Glasfasern in das Substrat penetriert, andererseits führt die Benetzung an der Seite dazu, dass eine Verschleppung des Unterfüllungsmaterials auf verwendeten Werkzeuge, beispielsweise einen Rahmen oder eine Haltevorrichtung, erfolgt. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Reinigung der Trägereinheit im unausgehärteten Zustand des Unterfüllungsmaterials jedoch ohne eine Entfernung des Unterfüllungsmaterials aus dem zu unterfüllenden Zwischenraum nur sehr schwierig bzw. kaum möglich ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Röntgendetektor, ein medizinisches Gerät und ein Verfahren zur Herstellung des Röntgendetektors anzugeben, welche eine Verwendung einer mehrlagigen Leiterplatte als Trägereinheit in Verbindung mit einer Unterfüllung des Zwischenraums ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Röntgendetektor nach Anspruch 1, ein medizinisches Gerät nach Anspruch 10 und ein Verfahren zur Herstellung des Röntgendetektors nach Anspruch 12.
Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor aufweisend eine Stapelanordnung mit einer Auswerteeinheit und einer Trägereinheit, wobei die Auswerteeinheit und die Trägereinheit mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen elektrisch leitend verbunden sind. Ein Zwischenraum ist zwischen der Auswerteeinheit, der Trägereinheit und der Mehrzahl von Verbindungselementen ausgebildet. Ein Schutzelement ist an zur Stapelrichtung im Wesentlichen parallel angeordneten Seitenflächen der Trägereinheit ausgebildet, wobei das Schutzelement in zumindest einem Teilbereich der Seitenflächen entlang des gesamten Außenumfangs und entlang den der Auswerteeinheit zugewandten Kanten der Seitenflächen ausgebildet ist.
Die Trägereinheit kann als Stabilisierungseinheit oder Verbindungseinheit zur Aufnahme mehrerer Auswerteeinheiten ausgebildet sein. Mehrere Auswerteeinheiten können einer Trägereinheit zugeordnet sein. Die Trägereinheit kann als Zwischeneinheit, insbesondere als sogenannter Interposer, ausgebildet sein, wobei die Trägereinheit einer Auswerteeinheit oder einer Mehrzahl von Auswerteeinheiten zugeordnet ist. Im Zwischenraum können die Verbindungselemente angeordnet sein. Der Zwischenraum kann die Lücken zwischen den Verbindungselementen umfassen. Der Zwischenraum kann insbesondere das Volumen zwischen der Trägereinheit und der Auswerteeinheit umfassen, wobei die Verbindungselemente vom Volumen des Zwischenraums ausgeschlossen sind.
Das Schutzelement kann als (Kanten-)Beschichtung ausgebildet sein. Das Schutzelement kann insbesondere einen Lötstopplack oder/und zumindest einen Teilbereich einer Durchkontaktierung umfassen. Das Schutzelement kann derart ausgestaltet sein, dass ein Umbenetzen des Unterfüllungsmaterials und ein Eindringen des Unterfüllungsmaterials verhindert werden.
Die Stapelrichtung kann im Wesentlichen parallel zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung ausgerichtet sein. Die Auswerteeinheit kann im Vergleich zur Trägereinheit näher an der Röntgenstrahlungsquelle angeordnet sein. Die Trägereinheit kann insbesondere quaderförmig ausgebildet sein. Die Trägereinheit kann insbesondere Seitenflächen aufweisen, welche sich im Wesentlichen parallel zur Stapelrichtung erstrecken. Entlang des Außenumfangs der Trägereinheit können vier Seitenflächen angeordnet sein. Die Seitenflächen können den gesamten Außenumfang umschließen. Das Schutzelement ist bevorzugt entlang des gesamten Außenumfangs auf den Seitenflächen ausgebildet, wobei zumindest ein Teilbereich der Seitenflächen vom Schutzelement bedeckt ist. Der Teilbereich erstreckt sich als zusammenhängender Bereich entlang des gesamten Außenumfangs. Das Schutzelement erstreckt sich entlang der zumindest teilweisen Höhe der Trägereinheit beginnend an der Kante zwischen der Seitenfläche und der der Röntgenstrahlung bzw. dem Zwischenraum zugewandten Oberfläche der Trägereinheit. Das Schutzelement erstreckt sich von dieser Kante entlang der Stapelrichtung zumindest in einem Teilbereich. Der Teilbereich umfasst diese Kante. Der Teilbereich kann die Seitenfläche entlang der Höhe teilweise umfassen. Der Teilbereich kann die Seitenfläche vollständig umfassen. Das Schutzelement bildet bevorzugt eine geschlossene Oberfläche.
Vorteilhaft kann ein Umbenetzen bzw. ein Eindringen eines etwaigen Unterfüllungsmaterials in die Trägereinheit reduziert bzw. verhindert werden. Vorteilhaft können Schäden bedingt durch das Eindringen des etwaigen Unterfüllungsmaterials vermieden werden. Vorteilhaft kann der Röntgendetektor kostengünstiger hergestellt werden. Vorteilhaft können Verwölbungen der Auswerteinheit(en) im Vergleich zu bekannten Lösungen gleich gut oder besser vermieden werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Röntgendetektor ferner eine Unterfüllung des Zwischenraums mit einem Unterfüllungsmaterial auf. Die Unterfüllung kann im Wesentlichen das gesamte Volumen des Zwischenraums ausfüllen. Die Unterfüllung kann den Zwischenraum im Wesentlichen vollständig ausfüllen. Die Grenzflächen parallel zur den Seitenflächen können konkav, eben oder insbesondere konvex ausgebildet sein.
Die Unterfüllung weist ein Unterfüllungsmaterial auf. Das Unterfüllungsmaterial weist insbesondere ein Füllmaterial auf. Das Füllmaterial kann eine Epoxid-Verbindung, ein Kunststoffmaterial, einen Verbundwerkstoff oder ein (Prä-)Polymer aufweisen. Das Füllmaterial kann ein Bindematerial aufweisen. Es kann eine Matrix aus Bindematerial und Füllstoff ausgebildet sein. Das Füllmaterial kann insbesondere ein Epoxidharz aufweisen. Zum Zeitpunkt des Füllens der Unterfüllung zwischen Auswerteeinheit und Trägereinheit kann das Material der Unterfüllung, beispielsweise aufweisend eine Epoxid-Verbindung, ein Epoxidharz oder ein Präpolymer, flüssig oder fließfähig sein. Vorteilhaft kann die Unterfüllung, beispielsweise unter Temperatureinwirkung, aushärten.
Die Unterfüllung bzw. das Unterfüllungsmaterial kann eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,5W/mK, bevorzugt mehr als 2W/mK, besonders bevorzugt mehr als 6W/mK, aufweisen. Das Füllmaterial bzw. die Unterfüllung kann bevorzugt elektrisch isoliert bzw. nicht-leitend sein. Das Füllmaterial kann einen Füllstoff aufweisen. Der Füllstoff kann einen geringen, insbesondere thermischen, Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Der Füllstoff kann beispielsweise Al2O3, SiO2, BN, AlN, TiN, TiO2, PZT (PbZrTiO3), ZrO2 oder YSZ (sogenanntes Yttriastabilized zirconia) aufweisen. Der Füllstoff kann vorteilhaft zur mechanischen Stabilität des Stapelaufbaus beitragen. Die Konzentration des Füllstoffes kann derart gewählt werden, dass die Viskosität des Füllmaterials, beispielsweise im fließfähigen Zustand, zwischen 3300mPa·s und 65000mPa·s beträgt. Der Durchmesser oder die Größe der Füllstoffpartikel des Füllstoffs können insbesondere kleiner als der Abstand zwischen der Auswerteeinheit und der Trägereinheit, beispielsweise kleiner als 33 Prozent, bevorzugt 20 Prozent und besonders bevorzugt 10 Prozent des Abstands, sein. Der Füllstoff kann zur Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an die benachbarten Einheiten, die Auswerteeinheit und die Trägereinheit, vorteilhaft angepasst werden. Die Form der Füllstoffpartikel kann beispielsweise sphärisch, rund, eckig oder flockig sein. Durch den gezielten Einsatz von Füllstoffen mit hohen thermischen Leitfähigkeiten wie beispielsweise Diamant, Nanopartikeln, Graphen oder Kohlenstoffnanoröhrchen kann die thermische Leitfähigkeit der Unterfüllung vorteilhaft erhöht werden. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Unterfüllung, des Füllmaterials oder des Bindematerials kann beispielsweise weniger als 100ppm/K und insbesondere weniger als 50ppm/K betragen und bevorzugt im Bereich von 25 bis 30ppm/K liegen. Vorteilhaft kann eine erhöhte Stabilität des Röntgendetektors erreicht werden. Vorteilhaft können Verwölbungen benachbarter Auswerteeinheiten zueinander vermieden oder reduziert werden. Vorteilhaft kann ein verbesserter Wärmeabtransport von der Auswerteeinheit hin zur Trägereinheit erreicht werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Schutzelement für das Unterfüllungsmaterial undurchlässig. Das Schutzelement kann einen Lötstopplack aufweisen. Das Schutzelement, insbesondere aufweisend einen Lötstopplack, kann zum Schutz der Leiterplatte vor Korrosion oder mechanischer Beschädigung dienen. Der Lötstopplack kann zum Beispiel Epoxidharz umfassen. Das Schutzelement kann einen photostrukturierbaren Lötstopplack (LPI, liquid photoimageable soldermask) oder einen nicht-photostrukturierbaren Lötstopplack aufweisen. Der nicht-photostrukturierbare Lötstopplack kann entweder thermisch oder mittels UV-Licht ausgehärtet werden. Der nicht-photostrukturierbare Lötstopplack kann durch Siebdruckverfahren unter Verwendung strukturierter Siebe aufgebracht werden. Die photostrukturierbaren Lötstopplacke können als viskose Flüssigkeit oder Photopolymer-Folie vorliegen. Eine Photopolymer-Folie kann durch Laminieren aufgebracht werden. Nach dem Aufbringen kann der photostrukturierbare Lötstopplack getrocknet, ggf. belichtet und ggf. entwickelt werden. Das Schutzelement kann ein metallisches Material, insbesondere ein Metall, aufweisen. Das Schutzelement kann beispielsweise Kupfer aufweisen.
Vorteilhaft kann ein Umbenetzen bzw. ein Eindringen eines etwaigen Unterfüllungsmaterials in die Trägereinheit reduziert bzw. verhindert werden. Vorteilhaft können Schäden bedingt durch das Eindringen des etwaigen Unterfüllungsmaterials in die Trägereinheit vermieden werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Schutzelement als eine Beschichtung ausgebildet. Der Teilbereich an den Seitenflächen der Trägereinheit oder/und die der Auswerteeinheit zugewandte Oberfläche der Trägereinheit, insbesondere auch bei bereits vereinzelten bzw. aus dem Nutzen getrennten Trägereinheiten, kann mittels Siebdruck, Sprühen, Tauchen, Vorhanggießen oder Walzenauftrag eines Lötstopplacks beschichtet werden. Die Beschichtung kann insbesondere in einem Teilbereich der Seitenflächen der Trägereinheit und gegebenenfalls zusätzlich an der der Auswerteeinheit zugewandten Oberfläche der Trägereinheit ausgebildet sein. Vorteilhaft kann eine geschlossene Oberfläche des Schutzelements erreicht werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Schutzelement ferner auf der der Auswerteeinheit zugewandten Oberfläche der Trägereinheit ausgebildet. Vorteilhaft kann gleichzeitig zur Ausbildung des Schutzelements im Teilbereich der Seitenflächen das Schutzelement auf die der Auswerteeinheit zugewandte Oberfläche der Trägereinheit, insbesondere mit einem Lötstopplack, erweitert werden. Vorteilhaft kann ein Eindringen des Lotmaterials der Verbindungselemente in die Trägereinheit vermieden werden. Vorteilhaft kann das Schutzelement gleichzeitig mit einer Beschichtung der Oberfläche der Trägereinheit durchgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Schutzelement durch Teilbereiche von zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen parallel zur Stapelrichtung ausgebildet. Die zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen können als Durchkontaktierungen ausgebildet sein, wobei diese insbesondere nicht als elektrisch leitende Verbindung genutzt werden. Das Schutzelement kann zumindest Teilbereiche von zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen umfassen. Die Teilbereiche der Bohrungen können derart ausgestaltet sein, dass die Bohrungen ihre vollständige Höhe entsprechend der im Wesentlichen gesamten Höhe der Trägereinheit oder einer teilweisen Höhe der Trägereinheit parallel zur Stapelrichtung aufweisen, jedoch nicht die gesamte Grundfläche von beispielsweise zylindrischen Bohrungen erhalten ist. Mittels Fräsen kann ein Teil der Grundfläche entlang der Höhe der Bohrungen entfernt sein. Das Schutzelement kann vollständige zumindest teilweise beschichtete oder teilweise gefüllte aneinander angrenzende Bohrungen umfassen, sodass die gesamte Grundfläche der beispielsweise zylinderförmigen Bohrungen erhalten ist. Beispielsweise kann um den Außenumfang des Schutzelements ein Teilbereich der Leerschichten des Nutzens bestehen bleiben. Die Teilbereiche der zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen oder die vollständigen zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen bilden das Schutzelement, wobei das Schutzelement eine geschlossene Fläche zumindest in Teilbereichen der Seitenflächen, insbesondere entlang der gesamten Seitenflächen, aufweist. Die zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen können derart angeordnet sein, dass die Grundflächen benachbarter Bohrungen überlappen, beispielsweise durch schrittweises Ausbilden und ggf. teilweise gegeneinander leicht versetztes Ausbilden benachbarter Bohrungen. Beim schrittweisen Ausbilden kann beispielsweise ein erster Satz von Bohrungen gebohrt und zumindest teilweise gefüllt werden. Anschließend kann ein zweiter Satz von Bohrungen gebohrt und zumindest teilweise gefüllt werden, so dass Lücken zwischen den Bohrungen des ersten Satzes geschlossen werden und ein durchgehendes Schutzelement ausgebildet wird. Vorteilhaft kann das Schutzelement in einfacher Weise hergestellt werden. Vorteilhaft kann ein besonders stabiles und undurchlässiges Schutzelement ausgebildet sein. Die Bohrung kann mit einem metallischen Material, beispielsweise Kupfer, oder mit einem Lötstopplack zumindest teilweise gefüllt werden. Die zumindest teilweise Füllung der Bohrung kann insbesondere eine Beschichtung der Mantelfläche der Bohrung entlang der gesamten Höhe der Bohrung umfassen. Die Bohrung kann bevorzugt vollständig gefüllt sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Trägereinheit eine mehrlagige Leiterplatte. Die Leiterplatte kann ein Träger für elektronische Bauteile sein. Die Leiterplatte kann der mechanischen Befestigung und elektrischen Verbindung dienen. Die Leiterplatte kann ein elektrisch isolierendes Material mit daran haftenden, leitenden Verbindungen als Leiterbahnen umfassen. Als isolierendes Material kann faserverstärkter Kunststoff oder eine Polymer-Glas-Gewebe-Matrix verwendet werden. Die Leiterplatte kann mehrere dünnere Leiterplatten aufweisen, wobei die mehreren dünneren Leiterplatten mit sogenannten Prepregs aufeinander geklebt sind. Diese mehrlagige Leiterplatte, eine sogenannte Multilayer-Leiterplatte, kann beispielsweise bis zu 48 Schichten aufweisen. Die mehrlagige Leiterplatte kann beispielsweise 4 bis 12 Lagen aufweisen. Die Verbindungen zwischen den Lagen können mit Durchkontaktierungen hergestellt werden. Vorteilhaft kann eine erhöhte Packungsdichte in der Leiterplatte erreicht werden. Die Leiterplatte kann ein FR4-Material und ein Laminat aufweisen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Auswerteeinheit eine Photodiode oder einen integrierten Schaltkreis auf. Die Auswerteeinheit kann insbesondere eine Photodiode, bevorzugt eine Mehrzahl von Photodioden, oder/und einen integrierten Schaltkreis umfassen. Die Auswerteeinheit kann mehrere Detektorelemente oder Pixel umfassen. Die Auswerteeinheit kann ein, beispielsweise direkt-konvertierendes oder ein indirektkonvertierendes, Konverterelement umfassen, wobei das Konverterelement die der Röntgenstrahlung zugewandte Oberfläche umfasst. Die Auswerteeinheit kann einer Photodiode, bevorzugt einer Mehrzahl von Photodioden, oder/und einem integrierten Schaltkreis zugeordnet sein, wobei die Auswerteeinheit als Zwischeneinheit, insbesondere als sogenannter Interposer, ausgebildet sein kann. An der Oberfläche des Konverterelements kann ein Streustrahlengitter angeordnet sein. Vorteilhaft kann eine Verwindung oder/und eine Verwölbung der Auswerteeinheit oder der Mehrzahl von Auswerteeinheiten reduziert werden, insbesondere kann die Verwindung oder/und Verwölbung der Auswerteeinheit weniger als 100µm betragen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Mehrzahl von Verbindungselementen eine Mehrzahl von Lotverbindungen auf. Das Verbindungselement kann als Lotverbindung ausgestaltet sein. Das Verbindungselement kann eine elektrisch leitende Verbindung von der Auswerteeinheit zur Trägereinheit, beispielsweise zur Signalübertragung oder/und Strom- bzw. Spannungsversorgung umfassen. Das Verbindungselement kann eine mechanische Verbindung der Auswerteeinheit mit der Trägereinheit ausbilden. Die Lotverbindung kann als Lotkugel, als sogenanntes copper pillar oder als sogenanntes stud bump ausgebildet sein. Vorteilhaft kann eine mechanische und gleichzeitig elektrisch leitende Verbindung zwischen der Auswerteeinheit und der Trägereinheit ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein medizinisches Gerät aufweisend einen erfindungsgemäßen Röntgendetektor. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das medizinische Gerät ein Computertomographiesystem. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgendetektors können auf das medizinische Gerät, insbesondere das Computertomographiesystem, übertragen werden. Vorteilhaft kann eine Verwindung bzw. Verwölbung der Auswerteeinheit reduziert bzw. verhindert werden. Vorteilhaft kann das medizinische Gerät kostengünstiger hergestellt werden. Vorteilhaft kann eine verlängerte Lebensdauer des Röntgendetektors zu geringeren Wartungskosten führen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors aufweisend die Schritte des Bereitstellens, des Erzeugens, des Ausbildens, des Trennens und des Verbindens. Im Schritt des Bereitstellens wird die Trägereinheit in einem Nutzen bereitgestellt. Im Schritt des Erzeugens werden Seitenflächen entlang des Außenumfangs der Trägereinheit erzeugt, wobei die Trägereinheit im Nutzen verbleibt. Im Schritt des Ausbildens wird das Schutzelements an zur Stapelrichtung im Wesentlichen parallel angeordneten Seitenflächen der Trägereinheit ausgebildet, wobei das Schutzelement in zumindest einem Teilbereich entlang des gesamten Außenumfangs und entlang den der Auswerteeinheit zugewandten Kanten der Seitenflächen ausgebildet wird. Im Schritt des Trennens wird die Trägereinheit mit dem ausgebildeten Schutzelement aus dem Nutzen getrennt. Im Schritt des Verbindens werden die Trägereinheit und die Auswerteeinheit mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen verbunden und dabei wird der Zwischenraum ausgebildet. Die Schritte können insbesondere in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden: Bereitstellen, Erzeugen, Ausbilden, Trennen und Verbinden.
Im Schritt des Bereitstellens wird die Trägereinheit im Nutzen bereitgestellt. Der Nutzen kann derart bei der Herstellung strukturiert bzw. aufgebaut werden, dass mindestens eine Trägereinheit im Nutzen ausgebildet ist. Die einzelnen Schichten des Nutzens können beispielsweise um die Außenkanten der Trägereinheit bzw. zwischen benachbarten Trägereinheiten eine Leerschicht oder eine Verbindungsschicht umfassen. Die einzelnen Schichten des Nutzens können beispielsweise um die Außenkanten der Trägereinheit bzw. zwischen benachbarten Trägereinheiten eine Leerschicht, eine nicht-haftende Schicht und eine Verbindungsschicht umfassen.
Im Schritt des Erzeugens können die Seitenflächen beispielsweise mittels teilweisen Fräsens entlang der Außenkanten der Trägereinheit erzeugt werden, insbesondere um die Leerschicht und die nicht-haftende Schicht zu entfernen. Im Schritt des Erzeugens können die Seitenflächen mittels Bohrungen entlang der Außenkanten der Trägereinheit erzeugt werden. Die Bohrungen können beispielsweise in einer Leerschicht oder einer Verbindungsschicht erfolgen.
Im Schritt des Ausbildens wird das Schutzelement ausgebildet. Das Schutzelement wird insbesondere an den Seitenflächen ausgebildet werden. Der Schritt des Ausbildens kann ein Aufbringen eines Lötstopplacks oder ein zumindest teilweises Füllen der Bohrungen umfassen.
Der Schritt des Trennens umfasst insbesondere das vollständige Trennen der Trägereinheit aus dem Nutzen, wobei insbesondere ein Schritt des Fräsens umfasst sein kann.
Im Schritt des Verbindens wird die Trägereinheit mit der Auswerteeinheit mittels Verbindungselement verbunden. Die Verbindungselemente können ein Lotmaterial aufweisen. Das Verbinden kann beispielsweise ein sogenanntes reflow-Löten umfassen.
Die, insbesondere standardisierte, Herstellung von einer Trägereinheit kann vorwiegend im Nutzen erfolgen. Ein Nutzen umfasst in der Regel mehrere Trägereinheiten. Bei der Herstellung des Nutzens bzw. der Trägereinheit werden die einzelnen Lagen miteinander verbunden und verpresst. Bei der Herstellung werden die Lagen in der Regel vollflächig übereinander gestapelt. Die Erfinder haben erkannt, dass eine seitliche Beschichtung der Trägereinheit im Nutzen den Vorteil hat, dass beispielsweise ein späteres Umbenetzen durch das Unterfüllungsmaterial verhindert werden kann. Werden Leiterplatten derart hergestellt, so können diese zur Vereinzelung aus dem Nutzen herausgelöst werden. Dies erfolgt vorwiegend durch ein (Heraus-)Fräsen der einzelnen Leiterplatten.
Im Schritt des Trennens erfolgt eine vollständige Trennung der Trägereinheit aus dem Nutzen. Beispielsweise kann die teilweise Anbindung mittels Verbindungsschicht oder Verbindungssteg durchtrennt werden. Beispielsweise kann die Trennung entlang des Außenumfangs des Schutzelements, beispielsweise gebildet durch die zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen, erfolgen, wobei die Trennung entlang der zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen oder durch die zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen erfolgen kann. Im Schritt des Trennens kann die vollständige Trennung mittels Fräsen durchgeführt werden. Der Schritt des Trennens kann einen Schritt des Fräsens umfassen.
Der Schritt des Trennens bzw. der Schritt des Erzeugens kann einen Schritt des zumindest teilweisen Fräsens entlang des Außenumfangs der Trägereinheit umfassen. Der Fräskopfdurchmesser kann im Bereich von 0,8mm - 1,0mm liegen. Der Fräskopfdurchmesser kann als Limitierung für die Kavitätsbreite, d.h. den Abstand zwischen den Trägereinheiten im Nutzen bzw. die Breite der Leerschichten parallel zum Abstand benachbarter Trägereinheiten, angesehen werden. Eine Tiefe von beispielsweise 1mm bzw. einer halben Dicke der Trägereinheit kann mit einem Fräskopfdurchmesser im Bereich von 0,8mm - 1,0mm trennbar sein.
Vorteilhaft kann ein Umbenetzen bzw. eine Verschmutzung von Werkzeugen vermieden werden. Vorteilhaft kann ein Schutzelement in zumindest einem Teilbereich der Seitenflächen des Trägerelements ausgebildet werden. Vorteilhaft kann eine organische Leiterplatte als Substratträger bzw. Trägereinheit für Photodioden bzw. Sensorelemente bzw. integrierte Schaltkreise in Röntgendetektoren eingesetzt werden, wobei eine Anreihbarkeit mehrerer Röntgendetektoren beispielsweise in einer Matrix vorteilhaft möglich ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner den Schritt des Füllens auf, wobei der Zwischenraum mit einem Unterfüllungsmaterial gefüllt wird. Vorteilhaft kann eine erhöhte Stabilität des Röntgendetektors erreicht werden. Vorteilhaft kann eine verbesserte Entwärmung der Auswerteeinheit ermöglicht werden. Vorteilhaft kann der Schritt des Füllens mittels einer Pipette durchgeführt werden, wobei ein Umbenetzen und ein Eindringen des Unterfüllungsmaterials in die Trägereinheit vermieden wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Erzeugen der Seitenflächen einen Schritt des Fräsens entlang des Außenumfangs der Trägereinheit. Vor dem Schritt des Ausbildens des Schutzelements wird im Schritt des Erzeugens eine Seitenfläche der Trägereinheit erzeugt. Beispielsweise kann eine partielle Anbindung bzw. Verbindung zwischen den einzelnen Trägereinheiten bzw. Leiterplatten im Nutzen bestehen bleiben, beispielsweise durch eine nach dem Fräsen bestehende Verbindung in den unteren der Auswerteeinheit abgewandten Lagen.
Das Fräsen entlang des Außenumfangs kann bevorzugt nicht zu einer vollständigen Trennung der Trägereinheit aus dem Nutzen führen. Bevorzugt kann eine zumindest teilweise Verbindung der Trägereinheit im Nutzen bestehen bleiben.
Die einzelnen Schichten des Nutzens können beispielsweise um die Außenkanten der Trägereinheit bzw. zwischen benachbarten Trägereinheiten eine Leerschicht, eine nicht-haftende Schicht und eine Verbindungsschicht umfassen. Nur die unteren Lagen können vollständig mittels einer Verbindungsschicht oder einem Verbindungssteg miteinander verbunden sein. Ab der Lage, bis zu der das Schutzelement ausgebildet werden soll, wird beispielsweise flächig Kupfer abgeschieden bzw. anstelle des Prepregs eine nicht-haftende Folie eingelegt. Der sogenannte Release-Layer bzw. die nicht-haftende Schicht kann ein sogenanntes Noflow-Prepreg sein, welches beim Pressvorgang der einzelnen Lagen der Leiterplatte bzw. des Nutzens nicht verfließt und beispielsweise nach dem Trennen oder beim Trennen wieder entfernt wird.
Nach der Herstellung bzw. Bereitstellung des Nutzens können im Schritt des Erzeugens mittels Fräsung von oben bzw. aus der späteren Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung die Seitenflächen bzw. die Teilbereiche der Seitenflächen erzeugt werden. Lediglich eine Anbindung bzw. Verbindung auf der Unterseite kann beispielsweise als Verbindungsschicht oder Verbindungssteg bestehen bleiben. Im Fall eines Verbindungsstegs verbleibt eine partielle Anbindung der Trägereinheit im Nutzen, wobei zumindest ein kleiner Steg zur Verbindung der Trägereinheit im Nutzen insbesondere auch während des Ausbildens der Schutzschicht ausgebildet ist. Im Fall einer Verbindungsschicht bleibt eine insbesondere flächige Verbindung, insbesondere auch während des Ausbildens der Schutzschicht, bestehen.
Im Schritt des Ausbildens kann eine beispielsweise vollflächige Beschichtung des Nutzens beispielsweise mittels Lötstopplack erfolgen, wobei die Teilbereiche an den Seitenflächen als auch die später der Auswerteeinheit zugewandte Oberfläche mit dem Lötstopplack beschichtet werden können. Nach dem von der Oberseite bzw. der der Auswerteeinheit zugewandten Oberfläche des Nutzens bereits eine erste Fräsung im Schritt des Erzeugens erfolgt ist, kann im Schritt des Ausbildens bzw. bei der Beschichtung mit Lötstopplack eine Beschichtung auf den Teilbereichen der Seitenflächen der Trägereinheit im oberen Lagenbereich erreicht werden. Vorteilhaft kann das Schutzelement in den Teilbereichen an den Seitenflächen der Trägereinheit sowie auf der der Auswerteeinheit zugewandten Oberfläche im selben Schritt erfolgen.
Das Ausbilden des Schutzelements kann mittels Spraycoating oder mittels eines Vorhangverfahrens ausgeführt werden. Beim Vorhangverfahren kann ein Nutzen auf einen Förder-/Transportband durch einen Lötstopplackvorhang geschoben werden, sodass ein Schutzelement an der Trägereinheit ausgebildet wird. Die Dicke des Schutzelements kann entlang der Höhe variieren, wobei das Schutzelement insbesondere in Richtung der der Auswerteeinheit abgewandten Oberfläche, insbesondere in der Nähe der Verbindungsschicht bzw. des Verbindungsstegs, dicker sein kann. Bei Verwendung von UV-härtendem Lötstopplack kann eine gleichmäßigere Dicke des Schutzelements entlang der Höhe der Trägereinheit vorteilhaft erreicht werden.
Die Beschichtung im oberen Lagenbereich bzw. das Schutzelement kann vorteilhaft in den späteren Verarbeitungsschritten, beispielsweise im Schritt des Füllens, ein Umbenetzen des Unterfüllungsmaterials an den Seitenflächen der Trägereinheit verhindern. Vorteilhaft kann das Schutzelement das organische Substrat bzw. die Trägereinheit vor dem Penetrieren des Unterfüllungsmaterials in die Trägereinheit, beispielsweise aufweisend eine Polymer-Glas-Matrix, im Teilbereich verhindert.
Alternativ kann eine Beschichtung bzw. ein Ausbilden der Schutzschicht der Trägereinheit nach dem vollständigen Trennen aus dem Nutzen erfolgen. Beispielsweise kann die Trägereinheit in ein Lötstopplackbecken getaucht werden. Beispielsweise kann die Trägereinheit mittels Spraycoating, beispielsweise als selektive Beschichtung, beschichtet werden.
Das Schutzelement kann eine Dicke im Bereich von 10pm - 20pm aufweisen. Die Ausdehnung des Schutzelements entlang der Höhe der Trägereinheit kann beispielsweise mindestens ein Drittel der Höhe, bevorzugt mindestens die Hälfte der Höhe, betragen. Vorteilhaft kann ein Benetzen der offenen Schichten an den Seitenflächen der Trägereinheit mit dem Unterfüllungsmaterial verhindert werden. Vorteilhaft schützt das Schutzelement die Trägereinheit vor einem Eindringen des Unterfüllungsmaterials in die Lagen oder Schichten der Trägereinheit. Vorteilhaft kann die Trägereinheit insbesondere im Bereich der zum Füllen verwendeten Pipette durch das Schutzelement geschützt sein.
Vorteilhaft kann beim Aufbau bzw. bei der Herstellung des Nutzens eine Vorbereitung zum Erzeugen der Seitenflächen stattfinden, beispielsweise indem Verbindungsschichten, Leerschichten und nicht-haftende Schichten im Bereich zwischen benachbarten Trägereinheiten angeordnet werden. Vorteilhaft kann eine selektive Beschichtung der Trägereinheit erreicht werden, welche vorteilhaft bei Bedarf hinsichtlich einer Signalführung oder einer Stromstärke nötig sein kann. Vorteilhaft kann das Schutzelement kostengünstig ausgebildet werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Erzeugen der Seitenflächen einen Schritt des Bohrens einer Mehrzahl von Bohrungen entlang des Außenumfangs der Trägereinheit. Die Bohrung kann entlang der gesamten Höhe des Trägerelements ausgebildet sein. Die einzelnen Schichten des Nutzens können beispielsweise um die Außenkanten der Trägereinheit bzw. zwischen benachbarten Trägereinheiten eine Leerschicht oder eine Verbindungsschicht umfassen. Die Bohrung kann durch mechanisches Bohren oder aber auch durch Nutzung von Laserverfahren erzeugt werden. Die Bohrung kann gefräst werden. Die Bohrung kann insbesondere im Bereich der Leerschicht oder der Verbindungsschicht ausgebildet sein. Die Bohrung, eine sogenannte blind via, kann in einem Teilbereich der Höhe des Trägerelements ausgebildet sein, wobei die Bohrung an einer der Auswerteeinheit zugewandten Kante der Seitenflächen beginnt. Die Bohrung verläuft im Wesentlichen parallel zur Stapelrichtung. Die Bohrung kann einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser entlang der Höhe der Trägereinheit aufweisen. Falls die Bohrung nur in einem Teilbereich der Höhe des Trägerelements ausgebildet ist, so kann eine Verbindungsschicht oder ein Verbindungssteg bestehen bleiben, so dass zunächst alle Bohrungen entlang des Außenumfangs der Trägereinheit ausgebildet werden können und die Bohrungen im Anschluss zumindest teilweise gefüllt werden können.
Das Schutzelement kann hergestellt werden, indem die Bohrung im Trägerelement bekeimt, dabei beispielsweise mit einem Katalysator belegt, anschließend katalytisch metallisiert und danach gegebenenfalls zum Aufbau einer dickeren Metallschicht elektrolytisch verstärkt wird. Die Metallisierung, die Metallschicht oder/und die Füllung der Bohrung kann Kupfer aufweisen. Die Bohrung kann vollständig gefüllt sein, beispielsweise mit einem metallischen Material oder einem Lötstopplack bzw. einem Material, das die Schutzfunktion des Schutzelements erfüllt.
Die Bohrungen können um den gesamten Außenumfang der Trägereinheit ausgebildet werden. Eine enge Anordnung der Bohrungen bzw. eine Überlappung der Bohrungen kann dazu führen, dass nach dem Trennen der Trägereinheiten aus dem Nutzen heraus, ein geschlossenes Schutzelement zumindest in einem Teilbereich der Seitenflächen der Trägereinheit gebildet wird. Vorteilhaft können die einzelnen Laminatlagen durch das Schutzelement geschützt sein. Vorteilhaft kann die Glasfaserstruktur des Gewebes der Trägereinheit durch das Schutzelement begrenzt werden. Vorteilhaft kann das Schutzelement die Trägereinheit entlang des Außenumfangs versiegeln. Vorteilhaft kann das Unterfüllungsmaterial in einem Schritt des Füllens nicht zwischen die einzelnen Lagen der Trägereinheit eindringen. Vorteilhaft kann eine Umbenetzung vermieden werden. Die der Auswerteeinheit zugewandte Oberfläche kann beispielsweise im Nutzen beschichtet werden, beispielsweise vor dem Erzeugen der Seitenflächen bzw. dem Schritt des Bohrens. Die Bohrungen können teilweise oder komplett metallisiert werden oder/und im Nutzen mit Lötstopplack als sogenannte plugged Vias ausgebildet werden. Das Schutzelement ist entlang des Außenumfangs der Trägereinheit ausgebildet. Das Schutzelement kann eine wellige Struktur entsprechend der benachbarten Bohrungen oder eine insbesondere durch das Trennen ausgebildete im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweisen. Die zumindest teilweise gefüllten Bohrungen bzw. Teilbereich der zumindest teilweise gefüllten Bohrungen können die äußere Begrenzung der Trägereinheit als Schutzelement bilden.
Vorteilhaft können Bohrungen, beispielsweise auch bezeichnet als Durchkontaktierungen bzw. Vias, sehr eng bzw. überlappend nebeneinander angeordnet werden. Die Bohrungen können insbesondere zylindrisch ausgebildet sein. Die Bohrungen können zueinander im Wesentlichen parallel angeordnet sein, wobei die Rotationsachsen der Bohrungen im Wesentlichen parallel verlaufen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors;
4 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer ersten Ausführungsform in einem ersten Herstellungsschritt;
5 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer ersten Ausführungsform in einem zweiten Herstellungsschritt;
6 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer ersten Ausführungsform in einem dritten Herstellungsschritt;
7 schematisch ein Konzept der aus einem erfindungsgemäßen Nutzen gemäß einer ersten Ausführungsform herausgetrennten Trägereinheiten in einem Querschnitt;
8 schematisch ein Konzept der aus einem erfindungsgemäßen Nutzen gemäß einer ersten Ausführungsform herausgetrennten Trägereinheiten in einer Seitenansicht;
9 schematisch ein Konzept des Schritts des Füllens gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors zu einem ersten Zeitpunkt;
10 schematisch ein Konzept des Schritts des Füllens gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors zu einem zweiten Zeitpunkt;
11 schematisch ein Konzept des Schritts des Füllens gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors zu einem dritten Zeitpunkt;
12 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
13 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer dritten Ausführungsform;
14 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer vierten Ausführungsform in einem ersten Herstellungsschritt;
15 schematisch ein Konzept der aus einem erfindungsgemäßen Nutzen gemäß einer vierten Ausführungsform herausgetrennten Trägereinheiten in einem Querschnitt;
16 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Nutzens gemäß der vierten Ausführungsform;
17 schematisch ein Konzept einer erfindungsgemäßen Trägereinheit gemäß der vierten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
18 schematisch ein Konzept einer erfindungsgemäßen Trägereinheit gemäß der vierten Ausführungsform in einer Draufsicht;
19 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors gemäß einer dritten Ausführungsform; und
20 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Computertomographiesystems.

Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Röntgendetektor 1 weist eine Stapelanordnung mit einer Auswerteeinheit 3 und einer Trägereinheit 7 auf. Die Auswerteeinheit 3 und die Trägereinheit 7 sind mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen 5 elektrisch leitend verbunden. Ein Zwischenraum 9 ist zwischen der Auswerteeinheit 3, der Trägereinheit 7 und der Mehrzahl von Verbindungselementen 5 ausgebildet. Ein Schutzelement 11 ist an zur Stapelrichtung 15 im Wesentlichen parallel angeordneten Seitenflächen 8 der Trägereinheit 7 ausgebildet, wobei das Schutzelement 11 in zumindest einem Teilbereich der Seitenflächen 8 entlang des gesamten Außenumfangs und entlang den der Auswerteeinheit 3 zugewandten Kanten der Seitenflächen 8 ausgebildet ist. Der Röntgendetektor 1 weist eine Auswerteeinheit 3 und eine Trägereinheit 7, welche mittels Verbindungselementen 5 mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind. Zwischen der Trägereinheit 7 und der Auswerteeinheit 3 ist ein Zwischenraum 9 ausgebildet. Die Trägereinheit 7 weist eine Seitenfläche 8 auf. Das Schutzelement 11 ist an zur Stapelrichtung 15 im Wesentlichen parallel angeordneten Seitenflächen 8 der Trägereinheit 7 ausgebildet, wobei das Schutzelement 11 in zumindest einem Teilbereich der Seitenflächen 8 entlang des gesamten Außenumfangs und entlang den der Auswerteeinheit 3 zugewandten Kanten der Seitenflächen 8 ausgebildet ist. Die Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung 16 verläuft im Wesentlichen parallel zur Stapelrichtung 15 des Stapelaufbaus. Die Auswerteeinheit 3 ist näher zur Quelle der Röntgenstrahlung angeordnet im Vergleich zur Trägereinheit 7. Das Schutzelement 11 ist für das Unterfüllungsmaterial undurchlässig. Die Auswerteeinheit 3 weist eine Photodiode oder einen integrierten Schaltkreis auf. Die Mehrzahl von Verbindungselementen 5 weist eine Mehrzahl von Lotverbindungen auf.
Die 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Röntgendetektor 1 weist ferner aufweisend eine Unterfüllung 13 des Zwischenraums 9 mit einem Unterfüllungsmaterial auf. Der Zwischenraum 9 weist eine Unterfüllung 13 auf, welche ein Unterfüllungsmaterial 14 umfasst.
Die 3 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens V zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge: Bereitstellen V1 der Trägereinheit in einem Nutzen, Erzeugen V2 der Seitenflächen entlang des Außenumfangs der Trägereinheit, wobei die Trägereinheit im Nutzen verbleibt, Ausbilden V3 des Schutzelements an zur Stapelrichtung im Wesentlichen parallel angeordneten Seitenflächen der Trägereinheit, wobei das Schutzelement in zumindest einem Teilbereich entlang des gesamten Außenumfangs und entlang den der Auswerteeinheit zugewandten Kanten der Seitenflächen ausgebildet wird, Trennen V4 der Trägereinheit mit dem ausgebildeten Schutzelement aus dem Nutzen, Verbinden V5 der Trägereinheit und der Auswerteeinheit mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen und dabei Ausbilden des Zwischenraums, und Füllen V6 des Zwischenraums mit einem Unterfüllungsmaterial.
Die 4 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Nutzens 70 gemäß einer ersten Ausführungsform in einem ersten Herstellungsschritt. Der erste Herstellungsschritt ist der Schritt des Bereitstellens. Der Nutzen 70 umfasst beispielshaft drei Trägereinheiten 7. Die Trägereinheiten 7 sind getrennt voneinander ausgebildet, wobei im Zwischenbereich zwischen den benachbarten Trägereinheiten 7 jeweils ein Stapelaufbau aus Verbindungsschicht bzw. Verbindungssteg 73, nicht-haftender Schicht 71 und Leerschichten 72 ausgebildet ist. Der Stapelaufbau aus Verbindungsschicht bzw. Verbindungssteg 73, nicht-haftender Schicht 71 und Leerschichten 72 ist ferner entlang des Außenumfangs des Nutzens 70 um die Anordnung von Trägereinheit 7 im Nutzen 70 ausgebildet.
Im Schritt des Bereitstellens kann die nicht-haftende Schicht 71 auf einem Laminat bzw. auf der Verbindungsschicht 73 aufgebracht werden. Anschließend können die weitern Lagen oder Schichten, beispielsweise Leerschichten 72, aufgebracht auf die nicht-haftende Schicht 71 werden.
Die 5 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer ersten Ausführungsform in einem zweiten Herstellungsschritt. Das Erzeugen der Seitenflächen 8 weist einen Schritt des Fräsens entlang des Außenumfangs der Trägereinheit 7 auf. Die nicht-haftende Schicht 71 und die Leerschichten 72 werden im Schritt des Erzeugens mittels eines Fräsers 74 oder mittels sogenanntem Laser-Cutting entfernt. Die Leerschichten 72 oberhalb der nicht-haftenden Schicht 71 werden entfernt. Die nicht-haftende Schicht 71 kann entfernt werden. Dabei werden die Seitenflächen der Trägereinheiten 7 erzeugt. Die Verbindungsschicht bzw. der Verbindungssteg 73 bleibt erhalten, so dass die Trägereinheiten 7 im Nutzen 70 verbleiben.
Die 6 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer ersten Ausführungsform in einem dritten Herstellungsschritt. Im Schritt des Ausbildens wird das Schutzelement 11 im Teilbereich der Seitenflächen der Trägerelemente 7 sowie auf der der Auswerteeinheit zugewandten Oberfläche ausgebildet. Das Schutzelement 11 weist bevorzugt einen Lötstopplack auf.
Die 7 zeigt eine beispielhafte Ausführung der aus einem erfindungsgemäßen Nutzen gemäß einer ersten Ausführungsform herausgetrennten Trägereinheiten in einem Querschnitt. Mittels eines Schritts des Trennens wurden die Trägereinheiten 7 vollständig aus dem Nutzen 70 herausgetrennt. Die Seitenflächen 8 sind nun vollständig ausgebildet, wobei das Schutzelement 11 in einem Teilbereich ausgebildet ist. Das Schutzelement 11 als eine Beschichtung ausgebildet. Das Schutzelement 11 ist ferner auf der der Auswerteeinheit 3 zugewandten Oberfläche der Trägereinheit 7 ausgebildet.
Die 8 zeigt eine beispielhafte Ausführung der aus einem erfindungsgemäßen Nutzen gemäß einer ersten Ausführungsform herausgetrennten Trägereinheiten in einer Seitenansicht. Es ist die Seitenfläche 8 in einer Seitenansicht dargestellt. Das Schutzelement 11 bedeckt einen Teilbereich der Seitenfläche 8.
Die 9 zeigt eine beispielhafte Ausführung des Schritts des Füllens gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors zu einem ersten Zeitpunkt. Der Röntgendetektor 1 weist eine Trägereinheit 7 auf. Beispielhaft sind vier Auswerteeinheiten 3 mittels Verbindungselementen 5 verbunden. Die Trägereinheit 7 weist in einem Teilbereich der Seitenfläche 8 das Schutzelement 11 auf. An der der Auswerteeinheit abgewandten Oberfläche der Trägereinheit 7 ist eine Verbindungseinheit 20 zur Weiterleitung von Signalen an nachfolgende Einheiten ausgebildet. Die Pipette 75 wird seitlich oberhalb der Seitenfläche der Trägereinheit 7 am Zwischenraum 9 angesetzt.
Die 10 zeigt eine beispielhafte Ausführung des Schritts des Füllens gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors zu einem zweiten Zeitpunkt. Die Pipette 75 ist mit einem Unterfüllungsmaterial 14 gefüllt. Das Unterfüllungsmaterial 14 fließt beispielsweise mittels Kapillarkraft in den Zwischenraum 9.
Die 11 zeigt eine beispielhafte Ausführung des Schritts des Füllens gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors zu einem dritten Zeitpunkt. Der Zwischenraum 9 ist mit dem Unterfüllungsmaterial 14 vollständig gefüllt. Die Unterfüllung 13 ist vollständig im Zwischenraum 9 ausgebildet. Es kann ein Schritt des Aushärtens oder des Verfestigens des Unterfüllungsmaterials 14 umfasst sein.
Die 12 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Nutzens 70 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Es ist eine Draufsicht auf einen Nutzen 70 dargestellt. Der Nutzen 70 weist beispielshaft zwei Trägereinheiten 7 auf. Um die Außenumfänge der Trägereinheiten 7 ist eine Verbindungsschicht 73 ausgebildet.
Die 13 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Nutzens gemäß einer dritten Ausführungsform. Es ist eine Draufsicht auf einen Nutzen 70 dargestellt. Der Nutzen 70 weist beispielshaft zwei Trägereinheiten 7 auf. Um die Außenumfänge der Trägereinheiten 7 sind mehrere Verbindungsstege 73 ausgebildet.
Die 14 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Nutzens 70 gemäß einer vierten Ausführungsform in einem ersten Herstellungsschritt. Der Nutzen 70 weist beispielhaft drei Trägereinheiten 7 auf. Die Darstellung ist ein Querschnitt des Nutzens 70. Der erste Herstellungsschritt umfasst die Schritte des Bereitstellens, des Erzeugens der Seitenflächen der Trägereinheit 7 sowie des Ausbildens des Schutzelements 11 an den Seitenflächen. Das Erzeugen der Seitenflächen 8 umfasst einen Schritt des Bohrens einer Mehrzahl von Bohrungen entlang des Außenumfangs der Trägereinheit 7. Entlang des Außenumfangs der Trägereinheiten 7 sind eng nebeneinander bzw. überlappend zumindest teilweise gefüllte Bohrungen als Schutzelement 11 ausgebildet. Das Schutzelement 11 ist entlang der gesamten Höhe der Trägereinheit 7 ausgebildet. Zwischen den Schutzelementen 11 benachbarter Trägereinheiten 7 bzw. entlang des Außenumfangs des Nutzens 70 um die Anordnung von Trägereinheiten 7 sind Leerschichten 72 ausgebildet.
Die 15 zeigt eine beispielhafte Ausführung der aus einem erfindungsgemäßen Nutzen 70 gemäß einer vierten Ausführungsform herausgetrennten Trägereinheiten in einem Querschnitt. Die Leerschichten 72 werden im Schritt des Trennens mittels eines Fräsers 74 entfernt, so dass die Trägereinheiten 7 vollständig aus dem Nutzen herausgetrennt werden.
Die 16 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Nutzens 70 gemäß der vierten Ausführungsform. Es ist eine Draufsicht auf den Nutzen 70 dargestellt. Das Schutzelement 11 ist durch Teilbereiche von zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen parallel zur Stapelrichtung ausgebildet. Entlang des Außenumfangs der Trägereinheit 7 sind eng nebeneinander angeordnete Bohrungen als Schutzelement 11 ausgebildet. Der Bereich des Nutzens um das Schutzelement 11 herum weist Leerschichten 72 auf.
Die 17 zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Trägereinheit 7 gemäß der vierten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht. Die Trägereinheit 7 weist entlang des Außenumfangs an den Seitenflächen entlang der gesamten Höhe das Schutzelement 11 auf.
Die 18 zeigt eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Trägereinheit 7 gemäß der vierten Ausführungsform in einer Draufsicht.
Die 19 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Röntgendetektor 1 weist eine Trägereinheit 7, welche ein Schutzelement 11 entlang der gesamten Höhe der Trägereinheit 7 umfasst. Das Schutzelement 11 kann mittels Lötstopplack oder Bohrungen ausgebildet sein. Die Unterfüllung 13 ist vollständig ausgebildet.
Die 20 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Computertomographiesystems 31 mit einer Detektorvorrichtung 29. Die Detektorvorrichtung 29 weist den erfindungsgemäßen Röntgendetektor auf. Der Computertomographiesystem 31 beinhaltet eine Gantry 33 mit einem Rotor 35. Der Rotor 35 umfasst eine Röntgenquelle 37 und die Detektorvorrichtung 29 mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Röntgendetektoren. Der Patient 39 ist auf der Patientenliege 41 gelagert und ist entlang der Rotationsachse z 43 durch die Gantry 33 bewegbar. Zur Steuerung und Berechnung der Schnittbilder wird eine Recheneinheit 45 verwendet. Eine Eingabeeinrichtung 47 und eine Ausgabevorrichtung 49 sind mit der Recheneinheit 45 verbunden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014213734 A1 [0005]
DE 102014221829 A1 [0006]
DE 102014225396 B3 [0007]

Claims

Röntgendetektor (1) aufweisend eine Stapelanordnung mit einer Auswerteeinheit (3) und einer Trägereinheit (7), wobei a. die Auswerteeinheit (3) und die Trägereinheit (7) mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen (5) elektrisch leitend verbunden sind, b. ein Zwischenraum (9) zwischen der Auswerteeinheit (3), der Trägereinheit (7) und der Mehrzahl von Verbindungselementen (5) ausgebildet ist, und c. ein Schutzelement (11) an zur Stapelrichtung (15) im Wesentlichen parallel angeordneten Seitenflächen (8) der Trägereinheit (7) ausgebildet ist, wobei das Schutzelement (11) in zumindest einem Teilbereich der Seitenflächen (8) entlang des gesamten Außenumfangs und entlang den der Auswerteeinheit (3) zugewandten Kanten der Seitenflächen (8) ausgebildet ist.
Röntgendetektor (1) nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Unterfüllung (13) des Zwischenraums (9) mit einem Unterfüllungsmaterial.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schutzelement (11) für das Unterfüllungsmaterial undurchlässig ist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schutzelement (11) als eine Beschichtung ausgebildet ist.
Röntgendetektor (1) nach Anspruch 4, wobei das Schutzelement (11) ferner auf der der Auswerteeinheit (3) zugewandten Oberfläche der Trägereinheit (7) ausgebildet ist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schutzelement (11) durch Teilbereiche von zumindest teilweise beschichteten oder teilweise gefüllten aneinander angrenzenden Bohrungen parallel zur Stapelrichtung ausgebildet ist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägereinheit (7) eine mehrlagige Leiterplatte ist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (3) eine Photodiode oder einen integrierten Schaltkreis aufweist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Verbindungselementen (5) eine Mehrzahl von Lotverbindungen aufweist.
Medizinisches Gerät aufweisend einen Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 10, wobei das medizinische Gerät ein Computertomographiesystem (31) ist.
Verfahren (V) zur Herstellung eines Röntgendetektors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweisend die Schritte: a. Bereitstellen (V1) der Trägereinheit (7) in einem Nutzen, b. Erzeugen (V2) der Seitenflächen (8) entlang des Außenumfangs der Trägereinheit (7), wobei die Trägereinheit (7) im Nutzen (70) verbleibt, c. Ausbilden (V3) des Schutzelements (11) an zur Stapelrichtung (15) im Wesentlichen parallel angeordneten Seitenflächen (8) der Trägereinheit (7), wobei das Schutzelement (11) in zumindest einem Teilbereich entlang des gesamten Außenumfangs und entlang den der Auswerteeinheit (3) zugewandten Kanten der Seitenflächen (8) ausgebildet wird, d. Trennen (V4) der Trägereinheit (7) mit dem ausgebildeten Schutzelement (11) aus dem Nutzen (70), und e. Verbinden (V5) der Trägereinheit (7) und der Auswerteeinheit (3) mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen (5) und dabei Ausbilden des Zwischenraums (9).
Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend den Schritt: f. Füllen (V6) des Zwischenraums mit einem Unterfüllungsmaterial.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Erzeugen der Seitenflächen (8) einen Schritt des Fräsens entlang des Außenumfangs der Trägereinheit (7) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Erzeugen der Seitenflächen (8) einen Schritt des Bohrens einer Mehrzahl von Bohrungen entlang des Außenumfangs der Trägereinheit (7) umfasst.