DE102020213171A1 - X-ray detector module and method of providing an X-ray detector module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Röntgendetektormodul umfassend zumindest eine Substrateinheit (1) mit einer flächigen Ausdehnung und mindestens zwei Auswerteeinheiten (3), jeweils ausgebildet von einer gekoppelten Konvertereinheit (5) eingespeiste elektrische Signale zu verarbeiten, in einer Stapelanordnung, wobei
- die zumindest zwei Auswerteeinheiten (3) entlang einer ersten Richtung parallel zur flächigen Ausdehnung der Substrateinheit (1) beabstandet nebeneinander angeordnet sind, und
- elektrisch leitende Verbindungen (7) von zumindest einer der zwei Auswerteeinheiten (3) zu der Substrateinheit (1) entlang der ersten Richtung zwischen den zwei Auswerteeinheiten (3) angeordnet sind.
The invention relates to an X-ray detector module comprising at least one substrate unit (1) with a planar extension and at least two evaluation units (3), each designed to process electrical signals fed in from a coupled converter unit (5), in a stacked arrangement, wherein
- the at least two evaluation units (3) are arranged spaced apart next to one another along a first direction parallel to the planar extent of the substrate unit (1), and
- Electrically conductive connections (7) from at least one of the two evaluation units (3) to the substrate unit (1) are arranged along the first direction between the two evaluation units (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Röntgendetektormodul, eine Röntgendetektoreinheit umfassend ein Röntgendetektormodul, eine Röntgendetektoreinheit, ein zugehöriges medizinisches Bildgebungsgerät und ein Verfahren zur Bereitstellung eines Röntgendetektormoduls.The invention relates to an x-ray detector module, an x-ray detector unit comprising an x-ray detector module, an x-ray detector unit, an associated medical imaging device and a method for providing an x-ray detector module.
Röntgendetektoren finden in vielen bildgebenden Anwendungen Einsatz. So werden Röntgendetektoren beispielsweise in Computertomographen in der medizinischen Bildgebung genutzt, um ein tomographisches Röntgenbild eines Untersuchungsbereiches eines Patienten zu erzeugen.X-ray detectors are used in many imaging applications. For example, x-ray detectors are used in computer tomographs in medical imaging in order to generate a tomographic x-ray image of an examination area of a patient.
In der Röntgenbildgebung, beispielsweise in der Computertomographie (CT), der Angiographie oder der Radiographie, können zählende, direkt-konvertierende Röntgendetektorvorrichtungen oder integrierende, indirekt-konvertierende Röntgendetektorvorrichtungen verwendet werden. Die Röntgenstrahlung oder die Photonen können in direkt-konvertierenden Röntgendetektorvorrichtungen 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 können von elektronischen Schaltkreisen einer Auswerteeinheit, beispielsweise in Form eines integrierten Schaltkreises (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), bewertet werden. In zählenden Röntgendetektorvorrichtungen kann die einfallende Röntgenstrahlung durch Zählen der elektrischen Pulse, welche durch die Absorption von Röntgenphotonen im Konvertermaterial ausgelöst werden, gemessen werden. Die Höhe des elektrischen Pulses ist in der Regel außerdem 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 indirekt-konvertierenden Röntgendetektorvorrichtungen durch ein geeignetes Konvertermaterial in Licht und mittels optisch gekoppelten Photodioden in elektrische Pulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial werden häufig Szintillatoren, beispielsweise GOS (Gd2O2S), CsJ, YGO oder LuTAG, eingesetzt. Die erzeugten elektrischen Signale werden weiter über eine Auswerteeinheit aufweisend elektronische Schaltkreise weiterverarbeitet.In x-ray imaging, for example in computed tomography (CT), angiography or radiography, counting, directly converting x-ray detector devices or integrating, indirect-converting x-ray detector devices can be used. The X-rays or the photons can be converted into electrical pulses by a suitable converter material in directly-converting X-ray detector devices. For example, CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs or others can be used as converter material. The electrical pulses can be evaluated by electronic circuits of an evaluation unit, for example in the form of an integrated circuit (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). In counting X-ray detector devices, the incident X-ray radiation can be measured by counting the electrical pulses which are triggered by the absorption of X-ray photons in the converter material. The magnitude of the electrical pulse is also typically proportional to the energy of the absorbed X-ray photon. As a result, spectral information can be extracted by comparing the height of the electrical pulse with a threshold value. The X-rays or the photons can be converted into light in indirect-converting X-ray detector devices by means of a suitable converter material and into electrical pulses by means of optically coupled photodiodes. Scintillators such as GOS (Gd2O2S), CsJ, YGO or LuTAG are often used as converter material. The generated electrical signals are further processed via an evaluation unit having electronic circuits.
Zur Vergrößerung einer Detektionsfläche werden häufig mehrere Hybride aus Auswerteeinheit und zugeordneter Konvertereinheit, zeilenförmig oder auch matrixförmig, nebeneinander angeordnet. Ein CT-Detektor kann beispielsweise aus einer Vielzahl an Hybriden, die zumindest entlang der Rotationsrichtung φ aneinandergereiht werden, bestehen. Außerdem kann auch entlang der Rotationsachse eine Aneinanderreihung vorgesehen sein, um einen größeren Untersuchungsbereich gleichzeitig abbilden zu können. Für eine effiziente Dosisnutzung ist es dabei vorteilhaft, nicht-aktive Zwischenräume innerhalb der Detektionsfläche möglichst gering zu halten. Daher kann es für die Ausbildung großflächiger Röntgendetektoren vorteilhaft sein, Baueinheiten zu verwenden, welche möglichst dicht anreihbar sind. Dem entgegen kann jedoch die Notwendigkeit stehen, Datenleitungen und Steuerleitungen von und zu den Auswerteeinheiten vorzusehen.In order to enlarge a detection area, a number of hybrids consisting of an evaluation unit and an associated converter unit are often arranged next to one another, in a line or in a matrix. A CT detector can consist, for example, of a large number of hybrids that are lined up at least along the direction of rotation φ. In addition, a row can also be provided along the axis of rotation in order to be able to image a larger examination area at the same time. For efficient use of the dose, it is advantageous to keep non-active spaces within the detection area as small as possible. It can therefore be advantageous for the formation of large-area X-ray detectors to use structural units which can be lined up as closely as possible. However, this may be countered by the need to provide data lines and control lines from and to the evaluation units.
Um eine gute Handhabbarkeit zu gewährleisten und darüber hinaus auf der Rückseite einer Trägereinheit genügend Platz für Stecker und Fläche für eine gute thermische Ankopplung bereitstellen zu können, sollten die Trägereinheit eine bestimmte Mindestgröße nicht unterschreiten. Andererseits ist es vorteilhaft, Konvertereinheiten und Auswerteeinheiten nicht als zu große Einzelteile herzustellen. Daher ist es gebräuchlich, auf einer Trägereinheit mehrere Auswerteeinheiten und/oder Konvertereinheiten zu verbauen.In order to ensure good handling and, moreover, to be able to provide enough space for plugs and a surface for good thermal coupling on the back of a carrier unit, the carrier unit should not be smaller than a certain minimum size. On the other hand, it is advantageous not to produce converter units and evaluation units as individual parts that are too large. It is therefore customary to install a number of evaluation units and/or converter units on a carrier unit.
Eine Möglichkeit für eine möglichst dichte Aneinanderreihbarkeit entlang aller vier Seiten können sogenannte „Through Silicon Vias“ (TSV, dt.: Silizium-Durchkontaktierung) darstellen, bei welchen Durchkontaktierungen durch das SiliziumSubstrat der Auswerteeinheit vorgesehen sein. Dies kann jedoch eine komplexe und kostenintensive Herstellung umfassen.So-called “Through Silicon Vias” (TSV, dt.: Silicon Durchkontaktierung), in which through-contacts are provided through the silicon substrate of the evaluation unit, can be used to line up as densely as possible along all four sides. However, this can involve complex and expensive manufacturing.
Insbesondere im Bereich der direkt-konvertierenden Röntgendetektoren ist es für die Kontaktierung der Auswerteeinheiten bekannt, sogenannte Drahtbonds (engl. wirebonds) einzusetzen. Die Wirebonding-Technik stellt eine etablierte und kostengünstige Möglichkeit der Kontaktierung dar. Hierbei steht die Auswerteeinheit eines Hybrids an zumindest einer Kante seitlich über das Konverterelement hinaus. Diese Flächen werden benutzt, um Kontaktbereiche der Auswerteeinheiten über Bonddrähte mit Kontaktbereichen auf einer Trägereinheit zu verbinden. Nachteil ist, dass zumindest an der Kante mit den Bonddrähten zusätzlicher Raum für die Kontaktbereiche auf Auswerteeinheit und der Trägereinheit sowie für den Verlauf des Bonddrahtes selbst benötigt wird. Zumindest in diesem Bereich sind folglich bei einer möglichen Aneinanderreihung inaktive Bereiche in einer Detektionsfläche in Kauf zu nehmen.Particularly in the field of directly converting X-ray detectors, it is known to use so-called wire bonds for contacting the evaluation units. Wire bonding technology is an established and cost-effective way of making contact. Here, the evaluation unit of a hybrid protrudes laterally beyond the converter element on at least one edge. These areas are used to connect contact areas of the evaluation units to contact areas on a carrier unit via bonding wires. The disadvantage is that at least at the edge with the bonding wires, additional space is required for the contact areas on the evaluation unit and the carrier unit and for the course of the bonding wire itself. At least in this area, inactive areas in a detection area must therefore be accepted in the event of a possible juxtaposition.
Bei einer Anordnung zweier Hybride in Kombination mit einer Trägereinheit ist eine sogenannte Back-to-Back Anordnung üblich. Dabei sind die Hybride derart auf der Trägereinheit angeordnet, so dass jeweils die Wirebonds entlang der jeweiligen voneinander abgewandten, äußeren Kante der Auswerteeinheiten angeordnet sind. Dies erlaubt eine Anordnung der zwei Hybride mit einem geringen Abstand zwischen den gekoppelten Konvertereinheiten entlang einer ersten Richtung und eine ebenso dichte Aneinanderreihbarkeit in einer orthogonalen Richtung dazu. Nachteilig entstehen jedoch besonders große inaktive Bereiche und außerdem besonders ungleichmäßige Pixelabstände, wenn mehr als zwei Hybride auf einer Trägereinheit oder mehrere Trägereinheiten nebeneinander entlang der ersten Richtung angeordnet werden sollen.When two hybrids are arranged in combination with a carrier unit, what is known as a back-to-back arrangement is common. The hybrids are arranged on the carrier unit in such a way that the wire bonds along the respective vonei nander remote, outer edge of the evaluation units are arranged. This allows the two hybrids to be arranged with a small distance between the coupled converter units along a first direction and to be lined up just as closely together in a direction orthogonal thereto. However, particularly large inactive areas and, moreover, particularly non-uniform pixel spacings arise disadvantageously if more than two hybrids are to be arranged on a carrier unit or several carrier units are to be arranged next to one another along the first direction.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Röntgendetektormodul bereitzustellen, welches eine kostengünstige Herstellung und eine vorteilhafte Aneinanderreihbarkeit erlaubt.The object of the invention is to provide an x-ray detector module that allows for cost-effective production and advantageous stackability.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.The object is solved by the features of the independent patent claims. Further advantageous and partly inventive embodiments and developments of the invention are set out in the dependent claims and the following description.
Die Erfindung betrifft ein Röntgendetektormodul umfassend zumindest eine Substrateinheit mit einer flächigen Ausdehnung und mindestens zwei Auswerteeinheiten, jeweils ausgebildet von einer gekoppelten Konvertereinheit eingespeiste elektrische Signale zu verarbeiten, in einer Stapelanordnung, wobei die zumindest zwei Auswerteeinheiten entlang einer ersten Richtung parallel zur flächigen Ausdehnung der Substrateinheit beabstandet nebeneinander angeordnet sind, und elektrisch leitende Verbindungen von zumindest einer der zwei Auswerteeinheiten zu der Substrateinheit entlang der ersten Richtung zwischen den zwei Auswerteeinheiten angeordnet sind.The invention relates to an x-ray detector module comprising at least one substrate unit with a two-dimensional extent and at least two evaluation units, each designed to process electrical signals fed in from a coupled converter unit, in a stacked arrangement, the at least two evaluation units being spaced apart along a first direction parallel to the two-dimensional extent of the substrate unit are arranged next to one another, and electrically conductive connections from at least one of the two evaluation units to the substrate unit are arranged along the first direction between the two evaluation units.
Eine Substrateinheit, welche von dem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul umfasst sein kann, kann auch als Trägereinheit bezeichnet werden. Eine solche Substrateinheit weist eine flächige Ausdehnung, d.h. eine flächige Erstreckung, auf. Die Flächennormale einer solchen Substrateinheit kann bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung, d.h. zur Stapelrichtung, verlaufen. Eine Substrateinheit kann beispielsweise Glas, Keramik oder auch einen Kunststoff umfassen.A substrate unit, which can be comprised by the X-ray detector module according to the invention, can also be referred to as a carrier unit. Such a substrate unit has an areal extent, i.e. an areal extent. The surface normal of such a substrate unit can preferably run essentially parallel to the direction of incidence of the X-ray radiation, i.e. to the stacking direction. A substrate unit can, for example, comprise glass, ceramic or also a plastic.
Eine jeweilige Auswerteeinheit, welche von dem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul umfasst sein kann, kann insbesondere ebenso eine flächige Erstreckung aufweisen. Die Flächennormale einer jeweiligen Auswerteeinheit kann bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung verlaufen. Eine Auswerteeinheit kann als integrierter Schaltkreis ausgebildet sein. Eine Auswerteeinheit kann insbesondere als ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) ausgebildet sein.A respective evaluation unit, which can be comprised by the x-ray detector module according to the invention, can in particular also have a planar extension. The surface normal of a respective evaluation unit can preferably run essentially parallel to the direction of incidence of the x-ray radiation. An evaluation unit can be designed as an integrated circuit. An evaluation unit can be designed in particular as an application-specific integrated circuit (ASIC).
Eine Auswerteeinheit, welche von dem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul umfasst sein kann, kann insbesondere jeweils eine Vielzahl an Pixelelektroniken umfassen, wobei eine jeweilige Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken ausgebildet sein kann zur pixelweisen Verarbeitung der von der Konvertereinheit in eine Pixelelektronik eingespeisten elektrischen Signale zu einem digitalen Pixelmesssignal. Das heißt, eine solche Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken kann zumindest ausgebildet sein, über zumindest einen Signaleingang ein elektrisches Signal von einer mit der Auswerteeinheit gekoppelten Konvertereinheit zu empfangen und das eingespeiste elektrische Signal weiterzuverarbeiten, insbesondere zu digitalisieren, beispielsweise mittels eines einen A/D-Wandlers (Analog-zu-Digital-Wandler).Die Pixelelektroniken können außerdem auch weitere Schaltelemente aufweisen, beispielsweise einen Signalverstärker oder einen Komparator.An evaluation unit, which can be comprised by the X-ray detector module according to the invention, can in particular each comprise a large number of pixel electronics, wherein a respective pixel electronics of the large number of pixel electronics can be designed for pixel-by-pixel processing of the electrical signals fed from the converter unit into a pixel electronics to form a digital pixel measurement signal. This means that such pixel electronics of the multiplicity of pixel electronics can at least be designed to receive an electrical signal from a converter unit coupled to the evaluation unit via at least one signal input and to further process the electrical signal that is fed in, in particular to digitize it, for example by means of an A/D Converter (analog-to-digital converter). The pixel electronics can also have other switching elements, such as a signal amplifier or a comparator.
Eine jeweilige Auswerteeinheit kann über elektrisch leitende Verbindungen mit der Konvertereinheit koppelbar sein. Beispielsweise kann jede der Vielzahl an Pixelelektroniken einer Auswerteeinheit jeweils einen Signaleingang aufweisen, welcher zur Einspeisung von elektrischen Signalen von der Konvertereinheit in eine Pixelelektronik ausgebildet ist, wenn die Auswerteeinheit mit der Konvertereinheit über elektrisch leitende Verbindungen signaltechnisch gekoppelt ist. Die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen einer Auswerteeinheit, d.h. einem jeweiligen Signaleingang, und einer Konvertereinheit können beispielsweise als Lotverbindungen, bspw. sogenannte Bumpbonds, als sogenannte Studbumps, als Leitklebeverbindungen oder auch anderweitig ausgebildet sein. In der Regel ist dabei zwischen der Auswerteeinheit und der Konvertereinheit ein Abstand, welcher der Höhe der dazwischen ausgebildeten elektrisch leitenden Verbindung entspricht, ausgebildet.A respective evaluation unit can be coupled to the converter unit via electrically conductive connections. For example, each of the plurality of pixel electronics of an evaluation unit can each have a signal input which is designed to feed electrical signals from the converter unit into a pixel electronics if the evaluation unit is coupled to the converter unit via electrically conductive connections for signals. The electrically conductive connections between an evaluation unit, i.e. a respective signal input, and a converter unit can be designed, for example, as soldered connections, e.g. so-called bump bonds, as so-called stud bumps, as conductive adhesive connections or else in some other way. As a rule, there is a distance between the evaluation unit and the converter unit which corresponds to the height of the electrically conductive connection formed between them.
Eine mit einer solchen Auswerteeinheit gekoppelte Konvertereinheit kann als eine direkt-konvertierende Konvertereinheit umfassend ein direkt-konvertierendes Konvertermaterial ausgebildet sein. Die Konvertereinheit kann aber in anderen Ausbildungen auch als indirekt-konvertierende Konvertereinheit ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Konvertereinheit beispielsweise ein Szintillatormaterial und eine damit gekoppelte Anzahl an Photodioden umfassen.A converter unit coupled to such an evaluation unit can be embodied as a directly-converting converter unit comprising a directly-converting converter material. In other configurations, however, the converter unit can also be in the form of an indirect-converting converter unit. In this case, the converter unit can comprise, for example, a scintillator material and a number of photodiodes coupled thereto.
Eine Konvertereinheit, welche mit einer solchen Auswerteeinheit gekoppelt ist, kann insbesondere flächenhaft sein. Die Konvertereinheit kann insbesondere eine flächige Erstreckung aufweisen. Die Flächennormale der Konvertereinheit kann bevorzugt im Wesentlichen parallel zur betriebsgemäßen Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung verlaufen. Eine Konvertereinheit kann auch mit einer Mehrzahl an Auswerteeinheiten gekoppelt sein.A converter unit, which is coupled to such an evaluation unit, can in particular be two-dimensional. The converter unit can special have a flat extension. The surface normal of the converter unit can preferably run essentially parallel to the operational direction of incidence of the x-ray radiation. A converter unit can also be coupled to a plurality of evaluation units.
Eine Stapelanordnung umfassend eine Auswerteeinheit und eine Substrateinheit beschreibt, dass eine Substrateinheit in einer ersten Stapellage und eine Auswerteeinheit in einer zweiten, zur ersten Stapellage parallelen, Stapellage bereitgestellt sein kann, wobei die Stapelrichtung der Stapelanordnung insbesondere im Wesentlichen parallel zur betriebsgemäßen Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung verläuft und die Auswerteeinheit in der Stapelanordnung der betriebsgemäßen Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung zugewandt ist. Eine mit einer Auswerteeinheit gekoppelte Konvertereinheit ist dabei bevorzugt in der Stapelanordnung einer Röntgenstrahlungsquelle am nächsten angeordnet sein, so dass die Röntgenstrahlung insbesondere direkt auf die Konvertereinheit einfällt.A stacked arrangement comprising an evaluation unit and a substrate unit describes that a substrate unit can be provided in a first stacked position and an evaluation unit can be provided in a second stacked position parallel to the first stacked position, the stacking direction of the stacked arrangement running in particular essentially parallel to the operational direction of incidence of the X-ray radiation and the evaluation unit in the stack arrangement faces the operational direction of incidence of the x-ray radiation. A converter unit coupled to an evaluation unit is preferably arranged closest to an x-ray radiation source in the stack arrangement, so that the x-ray radiation in particular impinges directly on the converter unit.
In einer solchen Stapelanordnung ist eine Substrateinheit mit einer gestapelten Auswerteinheit mechanisch verbunden. Eine Auswerteeinheit kann beispielsweise mittels einer Klebeverbindung mit der Substrateinheit mechanisch verbunden sein. In vorteilhaften Varianten ist eine Substrateinheit und eine jeweilige Auswerteeinheit insbesondere thermisch leitend verbunden, so dass ein Wärmeaustausch zwischen der Auswerteeinheit und der Substrateinheit vorteilhaft ermöglicht ist. Dies kann einen effektiven Wärmeabtransport von der Auswerteeinheit ermöglichen.In such a stack arrangement, a substrate unit is mechanically connected to a stacked evaluation unit. An evaluation unit can be mechanically connected to the substrate unit by means of an adhesive connection, for example. In advantageous variants, a substrate unit and a respective evaluation unit are connected in particular in a thermally conductive manner, so that an exchange of heat between the evaluation unit and the substrate unit is advantageously made possible. This can enable effective heat dissipation from the evaluation unit.
In einer solchen Stapelanordnung ist eine Substrateinheit außerdem elektrisch leitend über die elektrisch leitenden Verbindungen mit einer gestapelten Auswerteeinheit verbunden. Zumindest ein Teil dieser elektrisch leitenden Verbindungen kann dafür vorgesehen sein, die verarbeiteten Signale einer Auswerteeinheit an die Substrateinheit zu übertragen. Die Substrateinheit kann ausgebildet sein, die verarbeiteten elektrischen Signale weiterzuleiten. Weiterhin können auch Signale an die Auswerteeinheiten über die elektrisch leitenden Verbindungen übertragen werden, z.B. eine Referenzspannung, ein Taktsignal oder ein Konfigurationssignal. Die Substrateinheit kann eine Verbindungseinheit, beispielsweise einen Stecker, aufweisen. Mittels der Verbindungseinheit können die Signale über die Substrateinheit an eine gestapelte Auswerteeinheiten übertragen oder die Signale ausgelesen und beispielsweise zu einer Recheneinheit eines medizinischen Geräts weitergeleitet werden. Eine solche Verbindungseinheit kann beispielsweise auf einer von der einfallenden Röntgenstrahlung abgewandten Seite bzw. Fläche der Substrateinheit angeordnet sein. Die Verbindungseinheit kann einer Mehrzahl an Auswerteeinheiten zugeordnet sein, insbesondere allen Auswerteeinheiten, welche einer gemeinsamen Substrateinheit zugeordnet sind.In such a stack arrangement, a substrate unit is also electrically conductively connected to a stacked evaluation unit via the electrically conductive connections. At least some of these electrically conductive connections can be provided for transmitting the processed signals from an evaluation unit to the substrate unit. The substrate unit can be designed to forward the processed electrical signals. Furthermore, signals can also be transmitted to the evaluation units via the electrically conductive connections, e.g. a reference voltage, a clock signal or a configuration signal. The substrate unit can have a connection unit, for example a plug. The signals can be transmitted via the substrate unit to a stacked evaluation unit by means of the connection unit, or the signals can be read out and, for example, forwarded to a computing unit of a medical device. Such a connection unit can be arranged, for example, on a side or surface of the substrate unit that faces away from the incident x-ray radiation. The connection unit can be assigned to a plurality of evaluation units, in particular all evaluation units that are assigned to a common substrate unit.
Eine jeweilige Auswerteeinheit kann Kontaktbereiche, auch Kontaktpads genannt, aufweisen. Die Substrateinheit kann korrespondierende Kontaktbereiche aufweisen. Eine elektrisch leitende Verbindung von einer Auswerteeinheit zu der Substrateinheit kann jeweils einen Kontaktbereich auf einer gestapelten Auswerteeinheit mit einem korrespondierenden Kontaktbereich auf der Substrateinheit elektrisch leitend verbinden und damit eine Signalübertragung ermöglichen. Von den Kontaktbereichen der Substrateinheit können dann elektrisch leitende Verbindungen zu einer etwaigen Verbindungseinheit zur Weiterleitung der Signale ausgebildet sein.A respective evaluation unit can have contact areas, also called contact pads. The substrate unit can have corresponding contact areas. An electrically conductive connection from an evaluation unit to the substrate unit can in each case electrically conductively connect a contact area on a stacked evaluation unit to a corresponding contact area on the substrate unit and thus enable signal transmission. Electrically conductive connections can then be formed from the contact areas of the substrate unit to any connection unit for forwarding the signals.
Die Kontaktbereiche einer gestapelten Auswerteeinheit können auf einer Oberseite der Auswerteeinheit, welche der Substrateinheit abgewandt ist und der einfallenden Röntgenstrahlung zugewandt ist, angeordnet sein. Die Kontaktbereiche der Auswerteeinheit sind dabei in der Regel an einem Randbereich der Auswerteeinheit angeordnet. Der Randbereich kann sich beispielsweise entlang einer Kante der Auswerteeinheit erstrecken. Die Kante, im Folgenden auch Kontaktierungskante genannt, kann sich dann insbesondere entlang einer zur flächigen Ausdehnung der Auswerteeinheit parallelen Richtung erstrecken. Der Randbereich aufweisend die Kontaktbereiche kann von einer Überdeckung von einer gekoppelten Konvertereinheit ausgespart sein. Es kann jedoch auch andere Ausbildungen geben, wobei die Konvertereinheit den Kontaktbereich zumindest zum Teil überragt.The contact areas of a stacked evaluation unit can be arranged on a top side of the evaluation unit, which faces away from the substrate unit and faces the incident x-ray radiation. The contact areas of the evaluation unit are generally arranged on an edge area of the evaluation unit. The edge area can extend, for example, along an edge of the evaluation unit. The edge, also referred to below as the contacting edge, can then extend in particular along a direction parallel to the areal extent of the evaluation unit. The edge area having the contact areas can be left out of a covering of a coupled converter unit. However, there can also be other configurations, in which case the converter unit projects at least partially beyond the contact area.
Die korrespondierenden Kontaktbereiche auf der Substrateinheit können insbesondere auf einer Seite der Substrateinheit angeordnet sein, welche der einfallenden Röntgenstrahlung zugewandt ist. Die Kontaktbereiche auf der Substrateinheit können insbesondere in einem Flächenbereich der Substrateinheit angeordnet sein, welche in der Stapelanordnung nicht mit der flächigen Ausdehnung einer gestapelten Auswerteeinheit überlappt. Die Kontaktbereiche der Substrateinheit liegen in der Stapelanordnung in der Regel in räumlicher Nähe zu den Kontaktbereichen auf der Auswerteeinheit und können bei Vorliegen der Stapelanordnung beispielsweise spiegelsymmetrisch zu den Kontaktbereichen der gestapelten Auswerteeinheit angeordnet sein.The corresponding contact areas on the substrate unit can be arranged in particular on a side of the substrate unit which faces the incident x-ray radiation. The contact areas on the substrate unit can be arranged in particular in a surface area of the substrate unit which, in the stacked arrangement, does not overlap with the surface area of a stacked evaluation unit. In the stacked arrangement, the contact areas of the substrate unit are generally in spatial proximity to the contact areas on the evaluation unit and, when the stacked arrangement is present, can be arranged, for example, mirror-symmetrically to the contact areas of the stacked evaluation unit.
Die elektrisch leitenden Verbindungen können in einer besonders einfachen Variante einer solchen Stapelanordnung beispielsweise als Bonddrähte ausgebildet sein, d.h. die elektrisch leitenden Verbindungen können mittels einer sogenannten Drahtbonding- (engl. Wirebonding -) Technik ausgebildet sein. Es kann jedoch auch andere Ausführungen der elektrisch leitenden Verbindungen geben. Die Verwendung von Bonddrähten für die Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen Auswerteeinheiten und weiterführenden Einheiten eines Röntgendetektors sind auf dem Gebiet der Technik allgemein bekannt und stellen eine breit etablierte Methode für die Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen dar.The electrically conductive connections can be formed in a particularly simple variant of such a stack arrangement, for example, as bonding wires, ie the electrically conductive connections can by means of a so-called Wirebonding- (English Wirebonding -) be formed technique. However, there can also be other versions of the electrically conductive connections. The use of bonding wires to produce electrically conductive connections between evaluation units and further units of an X-ray detector is well known in the field of technology and represents a well-established method for producing electrically conductive connections.
Das erfindungsgemäße Röntgendetektormodul weist eine oben beschriebenen Stapelanordnung auf, wobei die zweite Stapellage zumindest zwei Auswerteeinheiten umfasst. Die zweite Stapellage kann auch mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier Auswerteeinheiten umfassen. Die zumindest zwei Auswerteeinheiten des erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls sind in einer Auswerteebene parallel zur flächigen Erstreckung der Substrateinheit nebeneinander angeordnet. Die Flächennormalen einer Mehrzahl von mit einer Substrateinheit gestapelten Auswerteeinheiten können insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.The x-ray detector module according to the invention has a stack arrangement as described above, with the second stack layer comprising at least two evaluation units. The second stack layer can also include more than two, for example three or four, evaluation units. The at least two evaluation units of the X-ray detector module according to the invention are arranged next to one another in an evaluation plane parallel to the planar extension of the substrate unit. The surface normals of a plurality of evaluation units stacked with a substrate unit can in particular run essentially parallel to one another.
Die zumindest zwei Auswerteeinheiten des erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls sind insbesondere entlang einer ersten Richtung, welche parallel zur flächigen Erstreckung der Substrateinheit ausgebildet ist, nebeneinander angeordnet. Die erste Richtung kann beispielsweise bevorzugt parallel zu einer Rotationsachse eines Computertomographie-Geräts verlaufen, wenn das Röntgendetektormodul von einem Computertomographie-Gerät umfasst ist. Die zumindest zwei Auswerteeinheiten sind dabei insbesondere beabstandet zueinander angeordnet, so dass zwischen der ersten und der zweiten Auswerteeinheit der zumindest zwei Auswerteeinheiten ein Flächenbereich der Substrateinheit nicht von der ersten und der zweiten Auswerteeinheit überdeckt ist.The at least two evaluation units of the x-ray detector module according to the invention are arranged next to one another, in particular along a first direction, which is parallel to the planar extension of the substrate unit. The first direction can, for example, preferably run parallel to an axis of rotation of a computed tomography device if the x-ray detector module is comprised by a computed tomography device. The at least two evaluation units are in particular arranged at a distance from one another, so that a surface area of the substrate unit between the first and the second evaluation unit of the at least two evaluation units is not covered by the first and the second evaluation unit.
Erfindungsgemäß sind elektrisch leitenden Verbindungen von zumindest einer der zwei Auswerteeinheiten zu der Substrateinheit entlang der ersten Richtung zwischen den zwei Auswerteeinheiten angeordnet. Dies kann umfassen, dass nur ein Teil einer jeweiligen elektrisch leitenden Verbindungleitung zwischen den zwei Auswerteeinheiten angeordnet ist. Ein anderer Teil einer jeweiligen elektrisch leitenden Verbindungleitung kann auch über bzw. parallel zu einer flächigen Erstreckung einer jeweiligen Auswerteeinheit an einer der Substrateinheit abgewandten Seite der Auswerteeinheit verlaufen.According to the invention, electrically conductive connections from at least one of the two evaluation units to the substrate unit are arranged along the first direction between the two evaluation units. This can include only part of a respective electrically conductive connecting line being arranged between the two evaluation units. Another part of a respective electrically conductive connecting line can also run over or parallel to a flat extension of a respective evaluation unit on a side of the evaluation unit facing away from the substrate unit.
Kontaktbereiche derjenigen Auswerteeinheit, deren elektrisch leitende Verbindungen zwischen den zumindest zwei Auswerteeinheiten angeordnet sind, können dann insbesondere in dem Randbereich dieser Auswerteeinheit angeordnet sein, welcher entlang der ersten Richtung der zweiten Auswerteeinheit am nächsten liegt. Die Kontaktierungskante dieser Auswerteeinheit ist folglich der zweiten Auswerteeinheit zugewandt und erstreckt entlang einer zur flächigen Ausdehnung parallelen und zur ersten Richtung orthogonalen, zweiten Richtung. Die korrespondierenden Kontaktbereiche der Substrateinheit, welche für die Kontaktierung der zumindest einen Auswerteeinheit der Auswerteeinheiten vorgesehen sind, können insbesondere in dem nicht überdeckten Flächenbereich der Substrateinheit zwischen den zumindest zwei Auswerteeinheiten vorliegen.Contact areas of that evaluation unit whose electrically conductive connections are arranged between the at least two evaluation units can then be arranged in particular in the edge area of this evaluation unit which is closest to the second evaluation unit along the first direction. The contacting edge of this evaluation unit consequently faces the second evaluation unit and extends along a second direction that is parallel to the planar extent and orthogonal to the first direction. The corresponding contact areas of the substrate unit, which are provided for contacting the at least one evaluation unit of the evaluation units, can be present in particular in the uncovered surface area of the substrate unit between the at least two evaluation units.
Die elektrisch leitenden Verbindungen von der zweiten Auswerteinheit der zumindest zwei Auswerteeinheiten des erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls zu der Substrateinheit können an einer Seite der zweiten Auswerteeinheit angeordnet sein, welche entlang der ersten Richtung von der ersten Auswerteeinheit der zumindest zwei Auswerteeinheiten abgewandt ist. Das heißt eine Kontaktierungskante der zweiten Auswerteeinheit kann von der ersten Auswerteeinheit abgewandt sein und sich an einer entlang der ersten Richtung gegenüberliegenden Seite der zweiten Auswerteeinheit erstrecken. Sie können jedoch in einer Ausbildungsvariante des erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls ebenfalls zwischen der ersten und der zweiten Auswerteeinheit angeordnet sein. Das heißt, die Kontaktierungskante der zweiten Auswerteeinheit kann der ersten Auswerteeinheit zugewandt sein. In dem Flächenbereich der Substrateinheit zwischen der ersten und der zweiten Auswerteeinheit können in dieser Ausführungsform Kontaktbereiche sowohl für die erste als auch für die zweite Auswerteeinheit vorgesehen sein.The electrically conductive connections from the second evaluation unit of the at least two evaluation units of the X-ray detector module according to the invention to the substrate unit can be arranged on a side of the second evaluation unit which faces away from the first evaluation unit of the at least two evaluation units along the first direction. This means that a contacting edge of the second evaluation unit can face away from the first evaluation unit and can extend on an opposite side of the second evaluation unit along the first direction. However, in one embodiment of the X-ray detector module according to the invention, they can also be arranged between the first and the second evaluation unit. This means that the contacting edge of the second evaluation unit can face the first evaluation unit. In this embodiment, contact areas can be provided both for the first and for the second evaluation unit in the surface area of the substrate unit between the first and the second evaluation unit.
Die Ausmaße eines Abstands zwischen zwei Auswerteeinheiten auf einer Substrateinheit ist im Allgemeinen zumindest abhängig von einer Positioniergenauigkeit, d.h. einem notwenigen Montageabstand, bei einer Platzierung der Auswerteeinheiten zueinander auf der Substrateinheit. Insbesondere sind die Ausmaße eines Abstandes entlang der ersten Richtung bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der Auswerteeinheiten außerdem abhängig vom Platzbedarf der elektrisch leitenden Verbindungen von der zumindest einen Auswerteeinheit zu der Substrateinheit. Der Platzbedarf kann dabei von einer Ausbildungsart der elektrisch leitenden Verbindungen abhängen. Der Platzbedarf kann davon abhängen ob die elektrisch leitenden Verbindungen von lediglich einer der Auswerteeinheiten oder beiden Auswerteeinheiten zwischen der ersten und der zweiten Auswerteeinheit angeordnet sind.The extent of a distance between two evaluation units on a substrate unit is generally at least dependent on a positioning accuracy, i.e. a necessary assembly distance when the evaluation units are placed relative to one another on the substrate unit. In particular, the dimensions of a distance along the first direction in an arrangement of the evaluation units according to the invention are also dependent on the space requirement of the electrically conductive connections from the at least one evaluation unit to the substrate unit. The space requirement can depend on the type of design of the electrically conductive connections. The space requirement can depend on whether the electrically conductive connections of only one of the evaluation units or of both evaluation units are arranged between the first and the second evaluation unit.
Die elektrisch leitenden Verbindungen eines erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls können in einer besonders einfachen und kostengünstigen Variante des erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls als Bonddrähte ausgebildet sein. Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausbildungsvariante können die elektrisch leitenden Verbindungen beispielsweise auch lithographisch oder mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahrens hergestellt sein. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildungsvariante können die elektrisch leitenden Verbindungen beispielsweise auch mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements ausgebildet sein. Die Ausbildung mittels eines lithographischen Verfahrens, mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahrens oder mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements kann eine Optimierung der Abstände und eine vereinfachte Handhabung oder Herstellung erlauben.The electrically conductive connections of an X-ray detector module according to the invention can NEN be formed as bonding wires in a particularly simple and inexpensive variant of the X-ray detector module according to the invention. According to another embodiment variant according to the invention, the electrically conductive connections can also be produced, for example, lithographically or by means of a conductor track printing process. According to a further embodiment variant according to the invention, the electrically conductive connections can also be formed, for example, by means of a preformed contacting element. Formation by means of a lithographic method, by means of a conductor track printing method or by means of a preformed contacting element can allow the distances to be optimized and simplified handling or production.
Neben einer erfindungsgemäßen Anordnung der zumindest zwei Auswerteinheiten können auch weitere Auswerteeinheiten in Stapelanordnung mit dem Substrat angeordnet sein. Beispielsweise kann eine dritte oder vierte Auswerteeinheit entlang der ersten Richtung in Stapelanordnung mit der Substrateinheit angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils zwischen zwei Auswerteeinheiten, welche entlang der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sein, jeweils elektrisch leitende Verbindungen von zumindest einer der jeweils benachbarten Auswerteeinheiten zwischen den jeweils benachbarten Auswerteeinheiten angeordnet sein.In addition to an arrangement according to the invention of the at least two evaluation units, further evaluation units can also be arranged in a stacked arrangement with the substrate. For example, a third or fourth evaluation unit can be arranged along the first direction in a stacked arrangement with the substrate unit. For example, electrically conductive connections of at least one of the respective adjacent evaluation units can be arranged between the respective adjacent evaluation units between two evaluation units that are arranged next to one another along the first direction.
Auf eine Anordnung von elektrisch leitenden Verbindungen entlang einer zur flächigen Ausdehnung der Substrateinheit parallelen und zur ersten Richtung orthogonalen, zweiten Richtung kann vorteilhaft verzichtet werden. Es kann vorgesehen sein, dass entlang dieser zur flächigen Ausdehnung der Substrateinheit parallelen und zur ersten Richtung orthogonalen, zweiten Richtung benachbart zu den zumindest zwei Auswerteeinheiten weitere Auswerteeinheiten in Stapelanordnung mit der Substrateinheit angeordnet sind. Die zweite Richtung kann beispielsweise bevorzugt parallel zu einer Rotationsrichtung eines Computertomographie-Geräts verlaufen, wenn das Röntgendetektormodul von einem Computertomographie-Gerät umfasst ist. Entlang einer solchen zweiten Richtung kann ein Abstand zwischen benachbarten Auswerteeinheiten bzw. damit gekoppelten Konvertereinheiten lediglich bestimmt sein von einem Montageabstand. Ein gleichmäßig geringer Abstand entlang der Rotationsrichtung eines Computertomographie-Geräts ist besonders vorteilhaft. Entlang der zweiten Richtung ist eine Aneinanderreihbarkeit auch einer Mehrzahl an Röntgendetektormodulen jeweils aufweisend eine Substrateinheit vorteilhaft mit geringem Abstand ermöglicht. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten Auswerteeinheiten bzw. damit gekoppelten Konvertereinheiten auf zwei nebeneinander angeordneten Substrateinheiten kann auf einen etwaigen notwendigen Montageabstand minimiert werden.An arrangement of electrically conductive connections along a second direction that is parallel to the areal extent of the substrate unit and orthogonal to the first direction can advantageously be dispensed with. Provision can be made for further evaluation units to be arranged in a stacked arrangement with the substrate unit along this second direction, which is parallel to the planar extent of the substrate unit and is orthogonal to the first direction, adjacent to the at least two evaluation units. The second direction can, for example, preferably run parallel to a direction of rotation of a computed tomography device if the x-ray detector module is comprised by a computed tomography device. Along such a second direction, a distance between adjacent evaluation units or converter units coupled thereto can only be determined by a mounting distance. A uniformly small distance along the direction of rotation of a computed tomography device is particularly advantageous. A plurality of x-ray detector modules each having a substrate unit can also be lined up in a row along the second direction, advantageously with a small spacing. A distance between two adjacent evaluation units or converter units coupled thereto on two substrate units arranged next to one another can be minimized to any necessary mounting distance.
Eine erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine vorteilhafte Aneinanderreihung einer Mehrzahl an erfindungsgemäßen Röntgendetektormodulen, d.h. einer Mehrzahl an Substrateinheiten mit jeweils zumindest zwei Auswerteeinheiten entlang der ersten Richtung. Hierbei kann eine insgesamt gleichmäßigere Verteilung der Abstände und in Summe sogar kleinere Abstände zwischen den Auswerteeinheiten bzw. den damit gekoppelten Konvertereinheiten und damit der inaktiven Bereiche innerhalb einer Detektionsfläche entlang der ersten Richtung erreicht werden. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu Röntgendetektormodulen mit zumindest zwei Auswerteeinheiten entlang der ersten Richtung, bei welchen die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Auswerteeinheiten und einer zugeordneten Trägereinheit jeweils an den äußeren, voneinander abgewandten Kanten der Auswerteinheiten und nicht zumindest teilweise innenliegend zwischen den Auswerteeinheiten angeordnet sind. Zwar werden entlang der ersten Richtung durch eine zumindest teilweise innenliegende Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen von zumindest einer Auswerteeinheit zwischen den Auswerteeinheiten auf einer Substrateinheit ggf. größere Abstände in Kauf genommen, jedoch können im Gegenzug in einem Bereich, in welchem zwei Substrateinheiten aneinandergereiht werden, Abstände zwischen benachbarten Auswerteeinheiten bzw. damit gekoppelten Konvertereinheiten reduziert werden. Auch eine Anordnung von mehr als zwei Auswerteeinheiten entlang der ersten Richtung in Stapelanordnung mit einer Substrateinheit ist durch die erfindungsgemäße zwischenliegende Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen mit einer verbesserten Gewährleistung von gleichmäßigen Abständen entlang der ersten Richtung ermöglicht, ohne dass auf eine kostengünstige Bereitstellung der elektrisch leitenden Verbindungen verzichtet werden muss.An arrangement according to the invention enables a plurality of X-ray detector modules according to the invention to be advantageously lined up in a row, i.e. a plurality of substrate units each having at least two evaluation units, along the first direction. In this way, an overall more uniform distribution of the distances and overall even smaller distances between the evaluation units or the converter units coupled thereto and thus the inactive areas within a detection area along the first direction can be achieved. This applies in particular in comparison to X-ray detector modules with at least two evaluation units along the first direction, in which the electrically conductive connections between the evaluation units and an associated carrier unit are each arranged on the outer edges of the evaluation units facing away from one another and not at least partially on the inside between the evaluation units. Although larger distances may be accepted along the first direction due to an at least partially internal arrangement of the electrically conductive connections of at least one evaluation unit between the evaluation units on a substrate unit, in return, distances can be achieved in an area in which two substrate units are lined up next to one another between adjacent evaluation units or converter units coupled thereto. An arrangement of more than two evaluation units along the first direction in a stack arrangement with a substrate unit is also made possible by the inventive intermediate arrangement of the electrically conductive connections with an improved guarantee of uniform distances along the first direction, without having to provide the electrically conductive connections at low cost must be renounced.
Vorteilhaft ermöglicht ein erfindungsgemäßer Aufbau mit elektrisch leitenden Verbindungen, welche zwischen der ersten und der zweiten Auswerteanordnung angeordnet sind, außerdem im Vergleich beispielsweise zu Anordnungen aus dem Stand der Technik mit TSV Verbindungen oder sogenannten Interposer-Schichten, dass die Auswerteeinheiten vollflächig und in besonders guten thermischen Kontakt, beispielsweise mittels eines wärmeleitfähigen Klebers, auf die Substrateinheit aufgebracht werden können. Dies erhöht die thermische Ankopplung und damit eine verbessert mögliche Wärmestabilisierung. Weiterhin kann es durch die verbesserte mechanische Stabilisierung ermöglicht sein, dünner ausgeführte Auswerteeinheiten, d.h. Auswerteeinheiten basierend auf dünneren Wafern, einzusetzen, da die Auswerteeinheiten vollflächig ohne beispielsweise dazwischenliegende, punktuelle Lötverbindungen, auf der Substrateinheit aufliegen.Advantageously, a structure according to the invention with electrically conductive connections, which are arranged between the first and the second evaluation arrangement, also compared, for example, to arrangements from the prior art with TSV connections or so-called interposer layers, that the evaluation units can be used over the entire surface and in particularly good thermal Contact, for example by means of a thermally conductive adhesive, can be applied to the substrate unit. This increases the thermal coupling and thus improves possible heat stabilization. Furthermore, the improved mechanical stabilization can make it possible to use thinner evaluation units, ie evaluation units based on thinner wafers, since the evaluation units cover the entire surface without, for example, intervening, punctiform soldered connections, lying on the substrate unit.
Weiterhin ist durch die zumindest teilweise innenliegenden, d.h. zwischen zwei Auswerteeinheiten angeordneten, elektrisch leitenden Verbindung ein teilweiser Schutz der Verbindungen gegen eine mechanische Beeinträchtigung und damit eine einfachere Handhabbarkeit der Module gewährleistet.Furthermore, the electrically conductive connection, which is at least partially internal, i.e. arranged between two evaluation units, ensures partial protection of the connections against mechanical damage and thus easier handling of the modules.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildungsvariante können die elektrisch leitenden Verbindungen mittels eines lithographischen Verfahrens ausgebildet sind.According to an advantageous embodiment variant, the electrically conductive connections can be formed using a lithographic process.
Mittels eines lithographischen Verfahrens können Leiterbahnen auf eine Auswerteeinheit bzw. Substrateinheit aufgebracht werden, welche die Kontaktbereiche auf einer Auswerteeinheit über eine Seitenfläche der Auswerteeinheit mit den korrespondierenden Kontaktbereichen auf der Substrateinheit verbinden. Dabei können sich die elektrisch leitenden Verbindungen jeweils von den Kontaktbereichen auf einer Oberseite der Auswerteeinheit teilweise parallel zu der flächigen Ausdehnung der Auswerteeinheit entlang der ersten Richtung auf der Auswerteeinheit erstrecken.By means of a lithographic method, conductor tracks can be applied to an evaluation unit or substrate unit, which connect the contact areas on an evaluation unit to the corresponding contact areas on the substrate unit via a side surface of the evaluation unit. In this case, the electrically conductive connections can each extend from the contact areas on a top side of the evaluation unit partially parallel to the areal extension of the evaluation unit along the first direction on the evaluation unit.
Lithographische Prozesse zur Bereitstellung von Leiterbahnen sind in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik bekannt. Vorteilhaft erlauben lithographisch Verfahren eine äußerst exakte Ausbildung von elektrisch leitenden Verbindungen. Außerdem können auch über einen relativ großen Flächenbereich gleichzeitig elektrisch leitende Verbindungen erzeugt werden. Weiterhin kann der Platzbedarf für die Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindungen beispielsweise im Vergleich zu einer Wirebonding-Technik reduziert sein. Dies kann sowohl den Platzbedarf der elektrisch leitenden Verbindungen selbst als auch den Platzbedarf während der Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindungen betreffen. Ein lithographisches Verfahren zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindungen kann folglich geringere Abstände zwischen zwei nebeneinander angeordneten Auswerteeinheiten bzw. diesen zugeordneten Konvertereinheiten auf der Substrateinheit entlang der ersten Richtung erlauben.Lithographic processes for providing conductor tracks are known in semiconductor and microsystems technology. Advantageously, lithographic methods allow an extremely precise formation of electrically conductive connections. In addition, electrically conductive connections can also be produced over a relatively large area at the same time. Furthermore, the space required for the formation of the electrically conductive connections can be reduced, for example compared to a wire bonding technique. This can affect both the space required for the electrically conductive connections themselves and the space required during the formation of the electrically conductive connections. A lithographic method for forming the electrically conductive connections can consequently allow smaller distances between two evaluation units arranged next to one another or converter units assigned to them on the substrate unit along the first direction.
Im Falle eines lithographischen Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn die Höhe einer Auswerteeinheit und damit die Höhe, welche mittels der lithographisch aufgebrachten Leiterbahnen, zwischen den Kontaktbereichen der Auswerteinheit und den Kontaktbereichen der Substrateinheit überbrückt werden muss, nicht zu groß ist. Durch die Möglichkeit der vollflächige Aufbringung einer Auswerteeinheit auf der Substrateinheit kann vorteilhafterweise trotz einer geringeren Dicke der Auswerteeinheit eine ausreichende Stabilität gewährleiste werden.In the case of a lithographic method, it can be advantageous if the height of an evaluation unit and thus the height that has to be bridged by means of the lithographically applied conductor tracks between the contact areas of the evaluation unit and the contact areas of the substrate unit is not too great. Due to the possibility of applying an evaluation unit to the entire surface of the substrate unit, it is advantageously possible to ensure sufficient stability despite the evaluation unit being less thick.
Im Gegensatz zu elektrisch leitenden Verbindungen, welche mittels eines Wirebonding-Verfahrens hergestellt sind, können Leiterbahnen mittels eines lithographischen Verfahrens direkt auf eine Auswerteeinheit aufgebracht werden und stehen insbesondere nicht in erheblichen Maße von einer Auswerteeinheit in Richtung der einfallenden Röntgenstrahlung ab. Dies kann zu einer vereinfachten Handhabung beitragen. Insbesondere kann eine Leiterbahn, welche mittels eines lithographischen Verfahrens aufgebracht ist, eine geringere Höhe aufweisen als ein Abstand zwischen einer Auswerteeinheit und einer damit gekoppelten Konvertereinheit. Dies kann vorteilhaft ermöglichen eine mit der Auswerteinheit gekoppelte Konvertereinheit teilweise oder auch vollständig über den Bereich der Auswerteeinheit in welchen die Kontaktbereiche bzw. die Leiterbahnen der elektrisch leitenden Verbindungen auf einer Auswerteeinheit ausgebildet sind, überstehen zu lassen. Das heißt die flächige Ausdehnung der Konvertereinheit kann zumindest teilweise mit dem Bereich der Auswerteeinheit aufweisend die Kontaktbereiche der Auswerteeinheit bzw. der Leiterbahnen überlappen. Auf diese Weise kann ein Abstand zwischen zwei zwei benachbarten Auswerteeinheiten zugeordneten Konvertereinheiten vorteilhaft verringert werden, so dass inaktive Bereiche der Detektionsfläche vorteilhaft reduziert werden können.In contrast to electrically conductive connections which are produced using a wire bonding method, conductor tracks can be applied directly to an evaluation unit using a lithographic method and, in particular, do not protrude significantly from an evaluation unit in the direction of the incident x-ray radiation. This can contribute to simplified handling. In particular, a conductor track which is applied by means of a lithographic method can have a lower height than a distance between an evaluation unit and a converter unit coupled thereto. This can advantageously make it possible for a converter unit coupled to the evaluation unit to protrude partially or completely beyond the area of the evaluation unit in which the contact areas or the conductor tracks of the electrically conductive connections are formed on an evaluation unit. This means that the areal extension of the converter unit can at least partially overlap with the area of the evaluation unit having the contact areas of the evaluation unit or the conductor tracks. In this way, a distance between two converter units assigned to two adjacent evaluation units can advantageously be reduced, so that inactive regions of the detection area can advantageously be reduced.
In einer alternativen Variante können die elektrisch leitenden Verbindungen mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahrens ausgebildet sein.In an alternative variant, the electrically conductive connections can be formed by means of a conductor track printing process.
Ein Leiterbahnen-Druckverfahren kann insbesondere ein Verfahren der additiven Fertigung von Leiterbahnen umfassen. Ein Verfahren der additiven Fertigung kann ein 3D-Druckverfahren umfassen. Beispielsweise kann ein sogenanntes Oberflächen-Direktschreib-Verfahren (engl. surface direct write) zur selektiven Abscheidung von Leiterbahnen eingesetzt werden. Ein solches Verfahren kann beispielsweise eine tröpfchenbasierte oder eine extrusionsbasierte Methode umfassen. Ein Oberflächen-Direktschreib-Verfahren kann vorteilhaft das Drucken auf einer 3D-Oberfläche ermöglichen.A conductor track printing method can in particular include a method of additive manufacturing of conductor tracks. An additive manufacturing process may include a 3D printing process. For example, a so-called surface direct write method can be used for the selective deposition of conductor tracks. Such a method can include, for example, a droplet-based or an extrusion-based method. A surface direct writing method can advantageously enable printing on a 3D surface.
Extrusionsbasierte Technologien verwenden Überdruck zur Dosierung der gewünschten Materialien. Das Abgabematerial liegt in Form von Flüssigkeit oder einer Paste vor und wird durch eine kleine Düse extrudiert. Extrusionsbasierte Technologien umfassen beispielsweise das sogenannte Robocasting oder Fused Deposition Modeling (dt. Schmelzschichtverfahren, auch Fused Filament Fabrication genannt). Tröpfchenbasierte Technologien werfen das gewünschte Material in Form von Tröpfchen auf das Zielsubstrat aus, im Gegensatz zu extrusionsbasierten Technologien, bei denen ein kontinuierlicher Strahl gebildet wird. Tröpfchenbasierte Technologien umfassen beispielsweise Tintenstrahldruck (siehe beispielsweise DragonFly 2020 der Firma Nano Dimension oder Voltera V-One) oder Aerosol Jet Druck (siehe beispielsweise Aerosol Jet™ Verfahren der Firma Optomec). Für ein effektives Dispensieren wurden zahlreiche leitfähige Tinten entwickelt, wie z.B. Nanopartikeltinte auf Metallbasis, organometallische Tinte, leitfähige Polymere, Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphenoxid, Sol-Gel, Polyelektrolyttinte und leitfähige Kohlenstoffpasten.Extrusion-based technologies use positive pressure to meter desired materials. The dispensing material is in the form of a liquid or a paste and is extruded through a small nozzle. Extrusion-based technologies include, for example, so-called robocasting or fused deposition modeling (also known as fused filament fabrication). Droplet-based technologies eject the desired material onto the target substrate in the form of droplets, as opposed to extrusionba based technologies in which a continuous jet is formed. Droplet-based technologies include, for example, inkjet printing (see, for example, DragonFly 2020 from Nano Dimension or Voltera V-One) or aerosol jet printing (see, for example, Aerosol Jet™ process from Optomec). A variety of conductive inks have been developed for effective dispensing, such as metal-based nanoparticle inks, organometallic inks, conductive polymers, carbon nanotubes, graphene oxide, sol-gel, polyelectrolyte inks, and conductive carbon pastes.
Auch in diesem Fall kann eine Anordnung ermöglicht werden, wobei eine mit der Auswerteinheit gekoppelte Konvertereinheit teilweise oder auch vollständig mit dem Bereich der Auswerteeinheit in welchem die Kontaktbereiche bzw. die Leiterbahnen ausgebildet sind, überlappt. Das heißt ebenso wie bei lithographisch hergestellten elektrisch leitenden Verbindungen kann auch hier eine Konvertereinheit mit der Auswerteeinheit gekoppelt werden, deren flächige Ausdehnung zumindest mit dem Bereich der Auswerteeinheit aufweisend die Kontaktbereiche überlappt.In this case, too, an arrangement can be made possible in which a converter unit coupled to the evaluation unit overlaps partially or completely with the area of the evaluation unit in which the contact areas or the conductor tracks are formed. This means that, just as in the case of lithographically produced electrically conductive connections, a converter unit can also be coupled to the evaluation unit here, the two-dimensional extent of which overlaps at least with the area of the evaluation unit having the contact areas.
Die Ausbildung von elektrischen Leiterbahnen mittels eines Verfahrens der additiven Fertigung erlaubt eine schnelle Herstellung mikroelektronischer Bauteile. Dabei können komplexe Prozesse, wie beispielsweise lithographische Maskierungsschritte, die zeitaufwendig und teuer sein können, vermieden werden.The formation of electrical conductor tracks using an additive manufacturing process allows rapid production of microelectronic components. In doing so, complex processes such as lithographic masking steps, which can be time consuming and expensive, can be avoided.
Es kann auch eine Ausbildung eines Röntgendetektormoduls umfassend eine Stapelanordnung mit einer Substrateinheit und mit lediglich einer Auswerteeinheit bereits vorteilhaft sein, wobei die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der Auswerteeinheit und der Substrateinheit mittels eines lithographischen Verfahrens oder mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahren, wie zuvor beschrieben, ausgebildet sind. Dabei kann eine solche vorteilhafte Stapelanordnung einer oben in Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul beschriebenen Stapelanordnung entsprechen, wobei lediglich zumindest eine Auswerteeinheit in Stapelanordnung mit einer Substrateinheit angeordnet ist. Dabei kann die Substrateinheit, die Auswerteeinheit und eine mit der Auswerteeinheit koppelbare Konvertereinheit insbesondere einer oben bereits beschriebenen Substrateinheit, Auswerteeinheit und Konvertereinheit entsprechen. Eine solche Stapelanordnung kann von einem Röntgendetektor umfasst sein. Ein Röntgendetektor kann insbesondere auch mehrere solcher Stapelanordnungen umfassen. Ein solcher Röntgendetektor kann von einem medizinischen Bildgebungsgerät, beispielsweise einem Computertomographiegerät, umfasst sein. Eine solche Stapelanordnung kann außerdem eine Konvertereinheit mit einer flächigen Ausdehnung, welche mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist, umfassen. Die mit der Auswerteinheit gekoppelte Konvertereinheit kann teilweise oder auch vollständig mit dem Bereich der Auswerteeinheit in welchem die Kontaktbereiche bzw. die elektrisch leitenden Verbindungen ausgebildet sind, überlappen. Das heißt, die flächige Ausdehnung der Konvertereinheit kann zumindest mit dem Bereich der Auswerteeinheit aufweisend die Kontaktbereiche überlappen. Eine solche Stapelanordnung kann hergestellt werden, indem eine Substrateinheit bereitgestellt wird und im Anschluss zumindest eine Auswerteeinheit in Stapelanordnung mit der Substrateinheit bereitgestellt wird. Weiterhin werden elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der Auswerteeinheit und der Substrateinheit mittels eines lithographischen Verfahrens oder mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahrens hergestellt.A configuration of an X-ray detector module comprising a stacked arrangement with a substrate unit and with only one evaluation unit can also already be advantageous, with the electrically conductive connections between the evaluation unit and the substrate unit being formed by means of a lithographic method or by means of a printed circuit board method, as described above . Such an advantageous stacked arrangement can correspond to a stacked arrangement described above in connection with an X-ray detector module according to the invention, with only at least one evaluation unit being arranged in a stacked arrangement with a substrate unit. The substrate unit, the evaluation unit and a converter unit that can be coupled to the evaluation unit can in particular correspond to a substrate unit, evaluation unit and converter unit already described above. Such a stack arrangement can be comprised by an X-ray detector. An x-ray detector can in particular also include a number of such stacked arrangements. Such an x-ray detector can be included in a medical imaging device, for example a computed tomography device. Such a stacked arrangement can also include a converter unit with a two-dimensional extension, which is coupled to the evaluation unit. The converter unit coupled to the evaluation unit can partially or completely overlap with the area of the evaluation unit in which the contact areas or the electrically conductive connections are formed. This means that the two-dimensional extent of the converter unit can at least overlap with the area of the evaluation unit having the contact areas. Such a stacked arrangement can be produced by providing a substrate unit and then providing at least one evaluation unit in a stacked arrangement with the substrate unit. Furthermore, electrically conductive connections between the evaluation unit and the substrate unit are produced by means of a lithographic method or by means of a conductor track printing method.
Die Vorteile der Ausbildung von elektrisch leitenden Verbindungen mittels eines lithographischen Verfahren oder mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahrens, welche im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul umfassend zumindest zwei Auswerteeinheiten beschrieben wurden, können auch auf ein Röntgendetektormodul mit einer Stapelanordnung mit zumindest einer Auswerteeinheit übertragen werden. Die Ausführung elektrisch leitenden Verbindungen mittels eines lithographischen Verfahren oder mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahren kann im Vergleich beispielsweise zu elektrisch leitenden Verbindungen, welche mittels eines Wirebonding-Verfahrens ausgebildet, eine verbesserte Handhabbarkeit eine solchen Stapelanordnung ermöglichen, ohne auf eine kostengünstige Bereitstellung der elektrisch leitenden Verbindungen zu verzichten. Auch kann mittels eines solchen Verfahrens ggf. ein notweniger Platzbedarf für die elektrisch leitenden Verbindungen oder für das Herstellen der Verbindungen reduziert werden. Insbesondere bei einer überlappenden Anordnung der Konvertereinheit mit den Kontaktbereichen der Auswerteeinheit können inaktive Detektionsflächen einer Stapelanordnung reduziert werden.The advantages of forming electrically conductive connections by means of a lithographic method or by means of a conductor track printing method, which were described in connection with an X-ray detector module according to the invention comprising at least two evaluation units, can also be transferred to an X-ray detector module with a stacked arrangement with at least one evaluation unit. The execution of electrically conductive connections by means of a lithographic process or by means of a conductor track printing process can enable improved handling of such a stacked arrangement compared to, for example, electrically conductive connections formed by means of a wire bonding process, without the cost-effective provision of the electrically conductive connections dispense. Such a method can also be used to reduce the space required for the electrically conductive connections or for making the connections. Inactive detection areas of a stacked arrangement can be reduced in particular in the case of an overlapping arrangement of the converter unit with the contact areas of the evaluation unit.
Gemäß einer Ausbildungsvariante des erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls mit zumindest zwei Auswerteeinheiten können die elektrisch leitenden Verbindungen außerdem mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements umfassend die elektrisch leitenden Verbindungen ausgebildet sein.According to an embodiment variant of the x-ray detector module according to the invention with at least two evaluation units, the electrically conductive connections can also be formed by means of a preformed contacting element comprising the electrically conductive connections.
Ein vorgeformtes Kontaktierungselement kann beispielsweise gleichzeitig alle benötigten elektrischen Verbindungen zwischen einer Auswerteeinheit und der Substrateinheit herstellen. Das Kontaktierungselement kann beispielsweise die elektrisch leitenden Verbindungen in einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff oder einem Gummi, in geeigneter Anordnung aufweisen. Das vorgeformte Kontaktierungselement kann insbesondere auf die Anordnung der Kontaktbereiche der Auswerteeinheit und der Substrateinheit und die vorliegende Stapelanordnung abgestimmt sein. Das vorgeformte Kontaktierungselement kann insbesondere jeweils zu den Kontaktbereichen auf der Auswerteeinheit und zu den Kontaktbereichen auf der Substrateinheit korrespondierende Gegenkontaktbereiche aufweisen. Ein solches vorgeformtes Kontaktierungselement kann beispielsweise mittels Reibung/Druck (Einpressen) und/oder mittels einer geeigneten, unterstützenden Klebeverbindung oder andersartigen Kontaktmasse, bspw. Indium oder per Lötverbindung in Kontakt mit der Auswerteeinheit und der Substrateinheit gebracht werden. Insbesondere können jeweils die elektrisch leitenden Kontaktbereiche auf der Substrateinheit bzw. der Auswerteeinheit und die Gegenkontaktbereiche des Kontaktierungselements elektrisch leitend kontaktiert werden. In Zusammenhang mit einem Einpressen kann eine mechanisch flexible Ausgestaltung des vorgeformten Kontaktierungselementes vorteilhaft sein, z.B. unter Verwendung von einem mechanisch flexiblen Material wie etwa Gummi. Ein vorgeformtes Kontaktierungselement kann beispielsweise als mehrlagiges Kontaktierungselement ausgebildet sein oder auch mittels einer additiven Fertigungstechnik hergestellt sein.A preformed contacting element can, for example, produce all the required electrical connections between an evaluation unit and the substrate unit at the same time. The contacting element, for example, the electrically conductive connections in an electrically insulating material, such as a Plastic or rubber, have in a suitable arrangement. The preformed contacting element can in particular be matched to the arrangement of the contact areas of the evaluation unit and the substrate unit and the present stacked arrangement. The preformed contacting element can in particular have mating contact areas corresponding to the contact areas on the evaluation unit and to the contact areas on the substrate unit. Such a preformed contacting element can be brought into contact with the evaluation unit and the substrate unit, for example by means of friction/pressure (pressing in) and/or by means of a suitable, supporting adhesive connection or other type of contact mass, e.g. indium or by soldering. In particular, the electrically conductive contact areas on the substrate unit or the evaluation unit and the mating contact areas of the contacting element can be electrically conductively contacted. In connection with press-fitting, a mechanically flexible configuration of the preformed contacting element can be advantageous, for example using a mechanically flexible material such as rubber. A preformed contacting element can, for example, be in the form of a multilayer contacting element or can also be produced by means of an additive manufacturing technique.
Vorteilhaft können vorgeformter Kontaktierungselemente in einfacher Weise, großer Menge und kostensparend vorab hergestellt werden. Ferner ist auch das Einbringen der Elemente mittels einer der vorgenannten Verfahren technisch einfach und günstig realisierbar. Vorteilhaft kann außerdem eine Handhabbarkeit der Röntgendetektormodule verbessert werden, da die elektrisch leitenden Verbindungen in einer festen Zuordnung innerhalb des Kontaktelements zueinander vorliegen und eine Beeinträchtigung oder Beschädigung der elektrisch leitenden Verbindungen durch äußere Einwirkungen verringert möglich ist. Vorteilhaft kann ein Platzbedarf für die elektrisch leitenden Verbindungen oder für das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen insbesondere im Vergleich zu einem Wirebonding-Verfahren reduziert sein.Advantageously, preformed contacting elements can be produced in advance in a simple manner, in large quantities and at low cost. Furthermore, the introduction of the elements by means of one of the aforementioned methods can also be implemented in a technically simple and inexpensive manner. In addition, the handling of the x-ray detector modules can advantageously be improved, since the electrically conductive connections are present in a fixed relationship to one another within the contact element and the possibility of the electrically conductive connections being impaired or damaged by external influences is reduced. A space requirement for the electrically conductive connections or for producing the electrically conductive connections can advantageously be reduced, in particular in comparison to a wire bonding method.
Ein vorgeformtes Kontaktierungselement kann dabei als mehrlagiges Kontaktierungselement ausgebildet sein, wobei das mehrlagige Kontaktierungselement eine Mehrzahl an Kontaktierungslagen umfassend die elektrisch leitenden Verbindungen und isolierenden Zwischenlagen umfasst, welche entlang einer zur flächigen Ausdehnung parallelen und zur ersten Richtung orthogonalen, zweiten Richtung aneinandergereiht sind.A preformed contacting element can be designed as a multi-layer contacting element, with the multi-layer contacting element comprising a plurality of contacting layers comprising the electrically conductive connections and insulating intermediate layers, which are lined up along a second direction parallel to the planar extent and orthogonal to the first direction.
Die Lagen des mehrlagigen Kontaktierungselements können dabei entlang der Kontaktierungskante gestapelt sein, so dass die Ebenen der Lagen parallel zu der Ebene sind, welche andernfalls beispielsweise durch Bonddrähte bei einem Wirebonding-Verfahren aufgespannt werden würde. Die Ebenen der Kontaktierungslagen umfassend die elektrisch leitenden Verbindungen sind derart ausgestaltet, dass sie ein jeweiligen Kontaktbereich einer Auswerteeinheit mit dem korrespondierenden Kontaktbereich auf der Substrateinheit verbinden. Die Kontaktierungslagen sind dabei jeweils durch eine isolierende Zwischenlage mit geeigneter Dicke getrennt, so dass die elektrisch leitenden Verbindungen untereinander getrennt vorliegen. Die Dicke der einzelnen Kontaktierungslagen und der isolierenden Zwischenlagen ist derart ausgeprägt, dass die Abfolge der Kontaktierungslagen zu den vorliegenden Kontaktbereichen auf der Auswerteeinheit und der Substrateinheit abgestimmt ist. Die leitenden Verbindungen innerhalb einer Kontaktierungslage können in Form von Leiterbahnen auf einer Kontaktierungslage ausgebildet sein. Eine jeweilige Kontaktierungslage kann auch voll- bzw. teilflächig elektrisch leitend ausgebildet sein.In this case, the layers of the multi-layer contacting element can be stacked along the contacting edge, so that the planes of the layers are parallel to the plane which would otherwise be spanned, for example by bonding wires in a wire bonding method. The planes of the contacting layers comprising the electrically conductive connections are designed in such a way that they connect a respective contact area of an evaluation unit to the corresponding contact area on the substrate unit. The contacting layers are each separated by an insulating intermediate layer with a suitable thickness, so that the electrically conductive connections are separate from one another. The thickness of the individual contacting layers and the insulating intermediate layers is such that the sequence of the contacting layers is matched to the existing contact areas on the evaluation unit and the substrate unit. The conductive connections within a contacting layer can be in the form of conductor tracks on a contacting layer. A respective contacting layer can also be designed to be electrically conductive over the whole or part of the surface.
Ein vorgeformtes Kontaktierungselement in Form eines mehrlagigen Kontaktierungselements stellt eine vorteilhaft einfache Weise der Bereitstellung eines solchen vorgeformten Kontaktierungselements dar. Es kann auch Ausführungsvarianten eines vorgeformten Kontaktierungselements geben, welches beispielweise mittels eines Verfahrens der additiven Fertigung hergestellt ist.A preformed contacting element in the form of a multilayer contacting element represents an advantageously simple way of providing such a preformed contacting element. There can also be design variants of a preformed contacting element which is produced, for example, by means of an additive manufacturing process.
Es kann auch eine Ausbildung eines Röntgendetektormoduls umfassend eine Stapelanordnung mit einer Substrateinheit und mit lediglich einer Auswerteeinheit bereits vorteilhaft sein, wobei die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der Auswerteeinheit und der Substrateinheit mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements, wie zuvor beschrieben, ausgebildet sind. Dabei kann eine solche vorteilhafte Stapelanordnung im Wesentlichen einer oben in Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul beschriebenen Stapelanordnung entsprechen, wobei lediglich zumindest eine Auswerteeinheit in Stapelanordnung mit einer Substrateinheit angeordnet ist. Dabei kann die Substrateinheit, die Auswerteeinheit und eine mit der Auswerteeinheit koppelbare Konvertereinheit insbesondere einer oben bereits beschriebenen Substrateinheit, Auswerteeinheit und Konvertereinheit entsprechen. Eine derartige Auswerteeinheit kann Kontaktbereiche auf einer Oberseite der Auswerteeinheit, welche in der Stapelanordnung von der Substrateinheit abgewandt angeordnet ist, aufweisen. Die Kontaktbereiche können insbesondere entlang in einem Randbereich einer Auswerteeinheit und entlang einer Kante, d.h. der Kontaktierungskante, der Auswerteeinheit angeordnet sein. Die mittels des vorgeformten Kontaktierungselements bereitgestellten elektrisch leitenden Verbindungen können von den Kontaktbereichen der Auswerteeinheit zu korrespondierenden Kontaktbereichen auf der Substrateinheit ausgebildet sein. Die Kontaktbereiche der Substrateinheit können insbesondere auf einer Oberseite der Substrateinheit, welche in der Stapelanordnung der Auswerteeinheit zugewandt ist und in einem Bereich der Substrateinheit, welcher nicht von der Auswerteinheit überdeckt ist, angeordnet sein. Eine solche Stapelanordnung kann außerdem eine Konvertereinheit mit einer flächigen Ausdehnung, welche mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist, umfassen. Eine solche Stapelanordnung kann von einem Röntgendetektor umfasst sein. Ein Röntgendetektor kann insbesondere mehrere solcher Stapelanordnungen umfassen. Ein solcher Röntgendetektor kann von einem medizinischen Bildgebungsgerät, beispielsweise einem Computertomographiegerät, umfasst sein. Die Vorteile der Ausbildung von elektrisch leitenden Verbindungen mittels eines vorgeformten Kontaktierunsgelements, welche im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul umfassend zumindest zwei Auswerteeinheiten beschrieben wurden, können auch auf ein Röntgendetektormodul mit einer Stapelanordnung mit zumindest einer Auswerteeinheit übertragen werden. Vorteilhaft können vorgeformter Kontaktierungselemente in einfacher Weise, großer Menge und kostensparend vorab hergestellt werden. Ferner ist auch das Einbringen der Elemente mittels einer der vorgenannten Verfahren technisch einfach und günstig realisierbar. Vorteilhaft kann eine Handhabbarkeit der Röntgendetektormodule verbessert werden und ein Platzbedarf für die elektrisch leitenden Verbindungen oder für das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen insbesondere im Vergleich zu einem Wirebonding-Verfahren reduziert sein. Eine solche Stapelanordnung mit einem Kontaktierungselement kann hergestellt werden, indem eine Substrateinheit bereitgestellt wird und im Anschluss zumindest eine Auswerteeinheit in Stapelanordnung mit der Substrateinheit bereitgestellt wird. Weiterhin werden elektrisch leitenden Verbindungen hergestellt, indem ein vorgeformtes Kontaktierungselement umfassend die elektrisch leitenden Verbindungen mit zumindest der ersten Auswerteeinheit und der Substrateinheit in Kontakt gebracht wird. Vor einem Verbinden kann der Schritt des Herstellens folglich das Bereitstellen eines vorgeformten Kontaktierungselements umfassen. Die Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem vorgeformten Kontaktierungselements kann beispielsweise mechanisch (bspw. mittels Druck), mittels einer leitfähigen Klebeverbindung oder anderweitiger Kontaktmasse z.B. basierend auf Indium, oder per Lötverbindung erfolgen. Insbesondere können die Kontaktbereiche einer Auswerteeinheit bzw. der Substrateinheit mit Gegenkontaktbereichen des Kontaktierungselements elektrisch leitend in Kontakt gebracht werden.A configuration of an x-ray detector module comprising a stacked arrangement with a substrate unit and with only one evaluation unit can also already be advantageous, with the electrically conductive connections between the evaluation unit and the substrate unit being formed by means of a preformed contacting element, as described above. Such an advantageous stacked arrangement can essentially correspond to a stacked arrangement described above in connection with an X-ray detector module according to the invention, with only at least one evaluation unit being arranged in a stacked arrangement with a substrate unit. The substrate unit, the evaluation unit and a converter unit that can be coupled to the evaluation unit can in particular correspond to a substrate unit, evaluation unit and converter unit already described above. Such an evaluation unit can have contact areas on a top side of the evaluation unit, which is arranged in the stack arrangement facing away from the substrate unit. The contact areas can be arranged in particular along an edge area of an evaluation unit and along an edge, ie the contacting edge, of the evaluation unit. The means of the preformed contacting element Provided electrically conductive connections can be formed from the contact areas of the evaluation unit to corresponding contact areas on the substrate unit. The contact areas of the substrate unit can be arranged in particular on a top side of the substrate unit which faces the evaluation unit in the stacked arrangement and in an area of the substrate unit which is not covered by the evaluation unit. Such a stacked arrangement can also include a converter unit with a two-dimensional extension, which is coupled to the evaluation unit. Such a stack arrangement can be comprised by an X-ray detector. An x-ray detector can in particular include a number of such stacked arrangements. Such an x-ray detector can be included in a medical imaging device, for example a computed tomography device. The advantages of forming electrically conductive connections using a preformed contacting element, which were described in connection with an inventive X-ray detector module comprising at least two evaluation units, can also be transferred to an X-ray detector module with a stacked arrangement with at least one evaluation unit. Advantageously, preformed contacting elements can be produced in advance in a simple manner, in large quantities and at low cost. Furthermore, the introduction of the elements by means of one of the aforementioned methods can also be implemented in a technically simple and inexpensive manner. Advantageously, the handling of the x-ray detector modules can be improved and the space required for the electrically conductive connections or for producing the electrically conductive connections can be reduced, in particular in comparison to a wire bonding method. Such a stacked arrangement with a contacting element can be produced by providing a substrate unit and then providing at least one evaluation unit in a stacked arrangement with the substrate unit. Furthermore, electrically conductive connections are produced by bringing a preformed contacting element comprising the electrically conductive connections into contact with at least the first evaluation unit and the substrate unit. Before connecting, the manufacturing step can consequently include the provision of a preformed contacting element. An electrical contact between the preformed contacting element can be produced, for example, mechanically (for example by means of pressure), by means of a conductive adhesive connection or some other contact compound, for example based on indium, or by a soldered connection. In particular, the contact areas of an evaluation unit or the substrate unit can be brought into electrically conductive contact with mating contact areas of the contacting element.
Gemäß einer Ausbildungsvariante des erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul mit zumindest zwei Auswerteeinheiten sind die elektrisch leitenden Verbindungen von beiden Auswerteeinheiten zu der Substrateinheit entlang der ersten Richtung zwischen den zwei Auswerteeinheiten angeordnet.According to an embodiment variant of the x-ray detector module according to the invention with at least two evaluation units, the electrically conductive connections from both evaluation units to the substrate unit are arranged along the first direction between the two evaluation units.
Eine zentrale Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen und damit auch der Kontaktbereiche auf der Substrateinheit kann vorteilhaft eine Weiterleitung der Signale durch Leiterbahnen in der Substrateinheit zu einer gemeinsamen Vermittlungseinheit vereinfachen. Weiterhin kann dadurch erreicht werden, dass Teilbereiche der Substrateinheit, welche beispielsweise unterhalb einer Auswerteeinheit liegen, nicht für eine Weiterleitung von Signalen zu einer Vermittlungseinheit genutzt werden müssen und damit frei für eine verbesserte thermische Ankopplung der Auswerteeinheit sind.A central arrangement of the electrically conductive connections and thus also of the contact areas on the substrate unit can advantageously simplify forwarding of the signals through conductor tracks in the substrate unit to a common switching unit. Furthermore, it can be achieved that partial areas of the substrate unit, which for example lie below an evaluation unit, do not have to be used for forwarding signals to a switching unit and are therefore free for an improved thermal coupling of the evaluation unit.
Weiterhin ist durch die innenliegende Anordnung der Kontaktierungen und elektrisch leitenden Verbindungen beider Auswerteeinheiten ein verbesserter Schutz gegen mechanische Einflüsse bei einer Handhabung der Röntgendetektormodule bereitgestellt.Furthermore, the internal arrangement of the contacts and electrically conductive connections of both evaluation units provides improved protection against mechanical influences when handling the x-ray detector modules.
Eine Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den zumindest zwei Auswerteeinheiten des Röntgendetektormoduls kann besonders vorteilhaft mittels einer Bereitstellung der elektrisch leitenden Verbindungen mit einem lithographischen Verfahren, einem Leiterbahnen-Druckverfahren oder mit einem vorgeformten Kontaktierungselements erreicht werden. Einem Wirebonding-Verfahren kann hier im Wege stehen, dass für eine Platzierung der Bonddrähte ausreichend Platz zur Verfügung stehen muss. Sobald jedoch eine zweite Auswerteeinheit entlang der ersten Richtung platziert ist, kann dies in nachteiliger Weise wünschenswerten geringen Abständen zwischen den Auswerteeinheiten entgegenstehen. Vorteilhaft kann durch die Bereitstellung der elektrisch leitenden Verbindungen mittels eines lithographischen Verfahren, einem Leiterbahnen-Druckverfahren oder mit einem vorgeformten Kontaktierungselements eine innenliegende, zwischen den zwei Auswerteeinheiten liegende Kontaktierung erreicht werden, wobei gleichzeitig vorteilhaft geringere Abstände zwischen den Auswerteeinheiten und damit auch zwischen den zugeordneten Konvertereinheiten gewährleistet werden können.An arrangement of the electrically conductive connections between the at least two evaluation units of the x-ray detector module can be achieved particularly advantageously by providing the electrically conductive connections using a lithographic method, a printed circuit board method or with a preformed contacting element. The fact that there must be sufficient space available for placing the bonding wires can stand in the way of a wire bonding method. However, as soon as a second evaluation unit is placed along the first direction, this can adversely affect desirable short distances between the evaluation units. Advantageously, by providing the electrically conductive connections by means of a lithographic process, a conductor track printing process or with a preformed contacting element, internal contacting between the two evaluation units can be achieved, with at the same time advantageously smaller distances between the evaluation units and thus also between the associated converter units can be guaranteed.
Auch bei einer derartigen innenliegenden Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen beider Auswerteeinheiten kann bei einer Aneinanderreihung von einer Mehrzahl an Substraten entlang der ersten Richtung eine vergleichsweise gleichmäßigere Verteilung der Abstände zwischen den Auswerteeinheiten bzw. den zugeordneten Konvertereinheiten insgesamt entlang der ersten Richtung erreicht werden. Vorteilhafterweise kann vermieden werden, dass der Abstand für die Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen und der Abstand zwischen zwei Substrateinheiten an einer Stelle innerhalb einer Detektionsfläche aufeinandertrifft. Die Abstände können dabei insbesondere unabhängig voneinander optimiert werden. Insbesondere bei einer Aneinanderreihung von zwei Substrateinheiten kann ein besonders nachteiliger größerer Abstand in einer Mitte der Detektionsfläche, d.h. einer Bildmitte, vermieden werden, welcher u.U. zu Bildartefakten führen könnte.Even with such an internal arrangement of the electrically conductive connections of both evaluation units, a comparatively more uniform distribution of the distances between the evaluation units or the assigned Kon transfer units can be reached along the first direction in total. Advantageously, it can be avoided that the distance for the arrangement of the electrically conductive connections and the distance between two substrate units meet at one point within a detection area. In particular, the distances can be optimized independently of one another. In particular when two substrate units are arranged in a row, a particularly disadvantageous larger distance in a center of the detection area, ie an image center, can be avoided, which under certain circumstances could lead to image artifacts.
Gemäß einer Ausbildungsvariante davon sind die elektrisch leitenden Verbindungen von den zwei Auswerteeinheiten verzahnt angeordnet, so dass jeweils eine elektrisch leitende Verbindung von einer ersten der zwei Auswerteeinheiten entlang einer zur flächigen Ausdehnung parallelen und zur ersten Richtung orthogonalen, zweiten Richtung zumindest teilweise zwischen zwei elektrisch leitenden Verbindungen der zweiten der zwei Auswerteeinheiten angeordnet ist.According to a variant of this, the electrically conductive connections of the two evaluation units are arranged interlocked, so that in each case an electrically conductive connection of a first of the two evaluation units along a second direction parallel to the planar extent and orthogonal to the first direction is at least partially between two electrically conductive connections the second of the two evaluation units is arranged.
Vorteilhaft kann ein Abstand zwischen zwei Auswerteeinheiten und damit auch zwischen zwei zugeordneten Konvertereinheiten vorteilhaft weiter reduziert werden.A distance between two evaluation units and thus also between two associated converter units can advantageously be further reduced.
Weiterhin kann in einer Ausbildungsvariante einer innenliegenden Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen zumindest ein Teil der elektrisch leitenden Verbindungen der ersten und der zweiten Auswerteeinheit der zwei Auswerteeinheiten untereinander elektrisch leitend verbunden sein.Furthermore, in a design variant of an internal arrangement of the electrically conductive connections, at least some of the electrically conductive connections of the first and the second evaluation unit of the two evaluation units can be electrically conductively connected to one another.
Beispielsweise kann durch eine geeignete, beispielsweise teilweise symmetrische, Anordnungen der zuzuführenden und abzuführenden Signale zu und von den Auswerteeinheiten und der zugehörigen Kontaktierungen auf den Auswerteeinheiten erreicht werden, dass sich zusammenschaltbare Verbindungen beider Auswerteeinheiten gegenüberliegen und mit einer gemeinsamen elektrisch leitenden Verbindung zu der Substrateinheit bedient werden können. Beispielsweise ist ein Kontaktbereich der ersten und ein Kontaktbereich der zweiten Auswerteeinheit mit einem gemeinsamen Kontaktbereich auf der Substrateinheit elektrisch leitend verbunden. Neben zusammengeschalteten Verbindungen liegen in der Regel außerdem nicht zusammengeschaltete Verbindungen vor. Zusammenschaltbare Verbindungen können beispielsweise ein Ground-Signal, eine Referenzspannung, ein Taktsignal oder ein Konfigurationssignal umfassen. Insbesondere ist diese Ausbildung vorteilhaft bei Verbindungen, die in der Regel redundant ausgeführt werden, beispielsweise bei Supply/Ground-Verbindungen. Auch bei differentiellen Taktsignalen kann dies vorteilhaft möglich sein.For example, by means of a suitable, for example partially symmetrical, arrangement of the signals to be supplied and removed to and from the evaluation units and the associated contacts on the evaluation units, it can be achieved that interconnectable connections of both evaluation units are opposite one another and are operated with a common electrically conductive connection to the substrate unit be able. For example, a contact area of the first and a contact area of the second evaluation unit are electrically conductively connected to a common contact area on the substrate unit. In addition to interconnected connections, there are usually also non-interconnected connections. Interconnectable connections can include, for example, a ground signal, a reference voltage, a clock signal or a configuration signal. In particular, this configuration is advantageous for connections that are generally implemented redundantly, for example for supply/ground connections. This can also be advantageously possible with differential clock signals.
Vorteilhaft kann ein Platzbedarf reduziert und die Komplexität verringert werden.A space requirement can advantageously be reduced and the complexity can be reduced.
In einer Ausbildungsvariante des erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls sind außerdem entlang einer zur flächigen Ausdehnung parallelen und zur ersten Richtung orthogonalen, zweiten Richtung Auswerteeinheiten in Stapelanordnung mit der Substrateinheit angeordnet. Vorteilhaft kann in Richtung der zweiten Richtung eine größere Detektionsfläche erreicht werden. Entlang der zweiten Richtung können dann insbesondere besonders geringe Abstände zwischen zwei Auswerteeinheiten bzw. diesen zugeordneten Konvertereinheiten erreicht werden, welche lediglich abhängig sind von einer Positionierungsgenauigkeit bzw. einem Montageabstand zwischen zwei Auswerteeinheiten auf einer Substrateinheit. Weiterhin ist denkbar, dass entlang der zweiten Richtung eine Konvertereinheit einer Mehrzahl an Auswerteinheiten zugeordnet sind, so dass inaktive Flächenbereiche vermieden werden können. Bei einer Anordnung eines solchen Röntgendetektormoduls in einem Computertomographie-Gerät kann die zweite Richtung insbesondere der Rotationsrichtung entsprechen. Für eine möglichst hohe Bildqualität ist insbesondere entlang der Rotationsrichtung eine Vermeidung von inaktiven Bereichen innerhalb einer Detektionsfläche besonders vorteilhaft.In a design variant of the X-ray detector module according to the invention, evaluation units are also arranged in a stack arrangement with the substrate unit along a second direction parallel to the two-dimensional extent and orthogonal to the first direction. A larger detection area can advantageously be achieved in the direction of the second direction. Particularly small distances between two evaluation units or converter units assigned to them can then be achieved along the second direction, which are only dependent on a positioning accuracy or a mounting distance between two evaluation units on a substrate unit. It is also conceivable for a converter unit to be assigned to a plurality of evaluation units along the second direction, so that inactive surface areas can be avoided. In an arrangement of such an x-ray detector module in a computed tomography device, the second direction can correspond in particular to the direction of rotation. For the highest possible image quality, it is particularly advantageous to avoid inactive areas within a detection area, in particular along the direction of rotation.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Röntgendetektoreinheit umfassend zumindest zwei Röntgendetektormodule gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausbildungsvarianten, welche entlang der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere umfassen die Röntgendetektormodule mit den Auswerteeinheiten gekoppelte Konvertereinheiten. Vorteilhaft kann mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgendetektormodule eine besonders gleichmäßige Verteilung von Abständen und ggf. in Summe geringere Abstände zwischen benachbarten Auswerteeinheiten bzw. diesen zugeordneten Konvertereinheiten entlang der ersten Richtung erreicht werden.The invention also relates to an x-ray detector unit comprising at least two x-ray detector modules according to one of the embodiment variants described above, which are arranged next to one another along the first direction. In particular, the x-ray detector modules include converter units coupled to the evaluation units. Advantageously, the x-ray detector modules designed according to the invention can be used to achieve a particularly uniform distribution of distances and possibly smaller distances overall between adjacent evaluation units or converter units assigned to them along the first direction.
In einer vorteilhaften Variante ist dabei der Abstand zwischen zwei Konvertereinheiten, welche zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Auswerteeinheiten auf zwei verschiedenen nebeneinanderangeordneten Substrateinheiten zugeordnet sind, höchstens viermal, bevorzugt höchstens doppelt so groß, wie der Abstand zwischen zwei Konverterelementen, welche zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Auswerteeinheiten auf derselben Substrateinheit zugeordnet sind.In an advantageous variant, the distance between two converter units, which are assigned to two adjacent evaluation units along the first direction on two different substrate units arranged next to one another, is at most four times, preferably at most twice, the distance between two converter elements, which are two along the first direction are assigned to adjacent evaluation units on the same substrate unit.
Alle Ausgestaltungsvarianten, die zuvor in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul beschrieben sind, können entsprechend auch in der Röntgendetektoreinheit ausgeführt sein. Die im Hinblick auf das Röntgendetektormodul erfolgte Beschreibung und die zuvor beschriebenen Vorteile können entsprechend auch auf die Röntgendetektoreinheit übertragen werden.All design variants that are described above in connection with the x-ray detector module according to the invention can also be implemented accordingly in the x-ray detector unit. The description made with regard to the x-ray detector module and the advantages described above can accordingly also be transferred to the x-ray detector unit.
Die Erfindung betrifft außerdem ein medizinisches Bildgebungsgerät umfassend zumindest ein erfindungsgemäßes Röntgendetektormodul oder eine erfindungsgemäße Röntgendetektoreinheit und eine in Gegenüberstellung dazu angeordnete Röntgenquelle.The invention also relates to a medical imaging device comprising at least one x-ray detector module according to the invention or an x-ray detector unit according to the invention and an x-ray source arranged opposite thereto.
Für die Aufnahme eines Röntgenbilddatensatzes kann zwischen die Röntgenquelle und dem Röntgendetektormodul oder der Röntgendetektoreinheit das abzubildende Objekt platziert und mittels der Röntgenquelle durchstrahlt werden.For recording an x-ray image data record, the object to be imaged can be placed between the x-ray source and the x-ray detector module or the x-ray detector unit and irradiated by the x-ray source.
Insbesondere kann das medizinische Bildgebungsgerät als Computertomographie-Gerät ausgebildet sein. Das medizinische Bildgebungsgerät kann auch als SPECT- oder PET-System ausgebildet werden. Es kann aber auch beispielsweise als C-Bogen-Röntgengerät und/oder Dyna-CT oder auch anderweitig ausgebildet sein.In particular, the medical imaging device can be embodied as a computed tomography device. The medical imaging device can also be designed as a SPECT or PET system. However, it can also be designed, for example, as a C-arm X-ray device and/or Dyna-CT or else in some other way.
Alle Ausgestaltungsvarianten, die zuvor in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Röntgendetektormodul oder die Röntgendetektoreinheit beschrieben sind, können entsprechend auch in dem medizinischen Bildgebungsgerät ausgeführt sein. Die im Hinblick auf das Röntgendetektormodul oder die Röntgendetektoreinheit erfolgte Beschreibung und die zuvor beschriebenen Vorteile können entsprechend auch auf das erfindungsgemäße medizinische Bildgebungsgerät übertragen werden.All design variants that are described above in connection with the x-ray detector module according to the invention or the x-ray detector unit can also be implemented accordingly in the medical imaging device. The description made with regard to the x-ray detector module or the x-ray detector unit and the advantages described above can also be transferred accordingly to the medical imaging device according to the invention.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls und der zuvor beschriebenen Ausbildungsvarianten. Das Verfahren umfasst die Schritte
- - Bereitstellen einer Substrateinheit mit einer flächigen Ausdehnung,
- - Bereitstellen zumindest einer ersten Auswerteeinheit in Stapelanordnung mit der Substrateinheit,
- - Bereitstellen einer zweiten Auswerteeinheit in Stapelanordnung mit der Substrateinheit, wobei die erste und die zweite Auswerteeinheit entlang einer ersten Richtung parallel zur flächigen Ausdehnung der Substrateinheit beabstandet nebeneinander angeordnet sind,
- - Herstellen elektrisch leitender Verbindungen zwischen zumindest der ersten Auswerteeinheit und der Substrateinheit, so dass bei Bereitstellung des Röntgendetektormoduls elektrisch leitende Verbindungen von zumindest einer der zwei Auswerteeinheiten zu der Substrateinheit entlang der ersten Richtung zwischen den zwei Auswerteeinheiten angeordnet sind.
- - providing a substrate unit with a two-dimensional extent,
- - providing at least one first evaluation unit in a stack arrangement with the substrate unit,
- - providing a second evaluation unit in a stacked arrangement with the substrate unit, the first and the second evaluation unit being arranged next to one another at a distance along a first direction parallel to the areal extent of the substrate unit,
- - Establishing electrically conductive connections between at least the first evaluation unit and the substrate unit, so that when the X-ray detector module is provided, electrically conductive connections are arranged from at least one of the two evaluation units to the substrate unit along the first direction between the two evaluation units.
Der Schritt des Herstellens von elektrisch leitenden Verbindungen kann auf einem Wirebonding-Verfahren, auf einem lithographischen Verfahren, auf einem Leiterbahnen-Druckverfahren oder auf einer Kontaktierung mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements basieren.The step of producing electrically conductive connections can be based on a wire bonding method, on a lithographic method, on a conductor track printing method or on contacting by means of a preformed contacting element.
Das Verfahren kann außerdem den Schritt des Herstellens von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der zweiten Auswerteeinheit und der Substrateinheit umfassen.The method can also include the step of producing electrically conductive connections between the second evaluation unit and the substrate unit.
Das Verfahren kann außerdem den Schritt des Aufbringens einer Konvertereinheit auf die erste und/oder die zweite Auswerteeinheit umfassen. Alternativ kann bereits bei Bereitstellen der ersten und/oder zweiten Auswerteeinheit bereits eine Konvertereinheit auf der Auswerteeinheit aufgebracht sein.The method can also include the step of applying a converter unit to the first and/or the second evaluation unit. Alternatively, a converter unit can already be mounted on the evaluation unit when the first and/or second evaluation unit is provided.
Das Verfahren kann außerdem umfassen neben der ersten und der zweiten Auswerteeinheit weitere Auswerteeinheiten entlang der ersten Richtung in Stapelanordnung mit der Substrateinheit bereitzustellen.In addition to the first and the second evaluation unit, the method can also include providing further evaluation units along the first direction in a stacked arrangement with the substrate unit.
Vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßes Röntgendetektormodul bereitgestellt werden. Ein solches Röntgendetektormodul kann vorteilhaft in einer erfindungsgemäßen Röntgendetektoreinheit verwendet werden.An x-ray detector module according to the invention can advantageously be provided. Such an x-ray detector module can advantageously be used in an x-ray detector unit according to the invention.
Gemäß einer Verfahrensvariante erfolgt der Schritt des Herstellens der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen zumindest der ersten Auswerteeinheit und der Substrateinheit vor dem Schritt des Bereitstellens der zweiten Auswerteeinheit.According to a variant of the method, the step of producing the electrically conductive connections between at least the first evaluation unit and the substrate unit takes place before the step of providing the second evaluation unit.
Diese Verfahrensvariante umfasst ein sequenzielles Aufbringen der Auswerteeinheiten bzw. der elektrisch leitenden Verbindungen, wobei jeweils nur die elektrisch leitenden Verbindungen der ersten Auswerteeinheit zwischen der ersten und der zweiten Auswerteeinheit angeordnet werden. Das heißt es wird entlang der ersten Richtung erst die erste Auswerteeinheit aufgebracht, diese wird anschließend elektrisch leitend mit der Substrateinheit verbunden. Darauf folgt das Bereitstellen der zweite Auswerteeinheit in der Stapelanordnung entlang der ersten Richtung neben der ersten Auswerteeinheit, welche anschließend wiederum mit der Substrateinheit elektrisch leitend verbunden werden kann.This variant of the method includes a sequential application of the evaluation units or the electrically conductive connections, with only the electrically conductive connections of the first evaluation unit being arranged between the first and the second evaluation unit. This means that the first evaluation unit is first applied along the first direction, which is then electrically conductively connected to the substrate unit. This is followed by the provision of the second evaluation unit in the stack arrangement along the first direction next to the first evaluation unit, which in turn is then connected to the sub strat unit can be electrically connected.
Das sequenzielle Anordnen und Verbinden der Auswerteeinheiten entlang der ersten Richtung ermöglicht die Nutzung eines Wirebonding-Verfahrens unter Wahrung der kleinstmöglichen Abstände zwischen den Auswerteeinheiten bzw. den damit gekoppelten Konvertereinheiten. Bei einem Wirebonding-Verfahren, wobei die elektrisch leitenden Verbindungen an einem Randbereich der ersten Auswerteeinheit auf einer Seite entlang der ersten Richtung angeordnet werden, ist für die Platzierung der Verbindungen, d.h. für das Ausbilden der Verbindungen, mehr Platz notwendig als die Verbindungen selbst, wenn sie ausgebildet sind, benötigt wird. Durch das Anordnen der zweiten Auswerteeinheit entlang der ersten Richtung nachdem die erste bereits elektrisch leitend verbunden ist, kann ein Abstand vorteilhaft minimiert werden.The sequential arrangement and connection of the evaluation units along the first direction makes it possible to use a wire bonding method while maintaining the smallest possible distances between the evaluation units and the converter units coupled thereto. In a wire bonding method, in which the electrically conductive connections are arranged at an edge region of the first evaluation unit on one side along the first direction, more space is required for placing the connections, i.e. for forming the connections, than the connections themselves, if they are trained is needed. By arranging the second evaluation unit along the first direction after the first is already electrically conductively connected, a distance can advantageously be minimized.
Gemäß einer alternativen Ausbildungsvariante erfolgt der Schritt des Herstellens der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen zumindest der ersten Auswerteeinheit und der Substrateinheit nach dem Schritt des Bereitstellens der zweiten Auswerteeinheit.According to an alternative embodiment, the step of producing the electrically conductive connections between at least the first evaluation unit and the substrate unit takes place after the step of providing the second evaluation unit.
In dieser Verfahrensvariante werden vor einem elektrisch leitenden Verbinden, also vor Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen einer Auswerteeinheit und der Substrateinheit, erst die zumindest zwei Auswerteinheiten nebeneinander entlang der ersten Richtung in Stapelanordnung zu der Substrateinheit platziert. In einem anschließenden Schritt erfolgt das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen von zumindest einer Auswerteeinheit. In einem weiteren Schritt oder auch gleichzeitig können die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der zweiten Auswerteeinheit und der Substrateinheit hergestellt werden.In this variant of the method, the at least two evaluation units are first placed next to one another along the first direction in a stacked arrangement with respect to the substrate unit before an electrically conductive connection is made, ie before the electrically conductive connections are established between an evaluation unit and the substrate unit. In a subsequent step, the electrically conductive connections are established by at least one evaluation unit. In a further step or at the same time, the electrically conductive connections can be established between the second evaluation unit and the substrate unit.
Diese Verfahrensvariante ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einem lithographischen Verfahren, einem Leiterbahnen-Druckverfahren oder einem vorgeformten Kontaktelement umsetzbar, da hier vorteilhaft geringe Abstände zwischen den Auswerteeinheiten bzw. den damit gekoppelten Konverterelementen entlang der ersten Richtung auch bei anschließender Kontaktierung realisierbar sind.This variant of the method can be implemented particularly advantageously in combination with a lithographic method, a conductor track printing method or a preformed contact element, since small distances between the evaluation units or the converter elements coupled thereto along the first direction can advantageously be implemented here, even with subsequent contacting.
Gemäß einer Verfahrensvariante davon werden dabei im Schritt des Herstellens der elektrisch leitenden Verbindungen, elektrisch leitende Verbindungen gleichzeitig zwischen der ersten Auswerteeinheit und der Substrateinheit und der zweiten Auswerteeinheit und der Substrateinheit hergestellt. Vorteilhaft kann ein Verfahrensprozess beschleunigt werden.According to a method variant thereof, in the step of producing the electrically conductive connections, electrically conductive connections are produced simultaneously between the first evaluation unit and the substrate unit and the second evaluation unit and the substrate unit. A process can advantageously be accelerated.
Gemäß einer Verfahrensvariante basiert der Schritt des Herstellens der elektrisch leitenden Verbindungen auf einem lithographischen Verfahren.According to a variant of the method, the step of producing the electrically conductive connections is based on a lithographic method.
Lithographische Prozesse zur Bereitstellung von Leiterbahnen sind in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik bekannt. Ein lithographisches Verfahren kann beispielsweise das Aufbringen einer Lithographielackschicht auf die zumindest eine Auswerteeinheit oder auf beide Auswerteeinheiten und das Substrat umfassen. Ein lithographisches Verfahren kann weiterhin das Belichten der Lithographielackschicht mit einer geeigneten Belichtungsmaske umfassen, welche auf die auszubildenden elektrisch leitenden Verbindungen zwischen einer jeweiligen Auswerteeinheit und der Substrateinheit abgestimmt ist. Ein lithographisches Verfahren kann weiterhin das Entwickeln der Lithographielackschicht umfassen, so dass eine Vorstruktur, d.h. die lithographische Maske, zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindungen bereitgestellt wird. Dabei werden die belichteten (bei Verwendung eines Positivlacks) bzw. alternativ die unbelichteten (bei Verwendung eines Negativlacks) Stellen der Lithographielackschicht aufgelöst. Ein lithographisches Verfahren kann weiterhin ein Abscheiden eines leitfähigen Metalls in die Vorstruktur umfassen, beispielsweise mittels eines Verfahrens der physikalische Gasphasenabscheidung, so dass elektrisch leitende Verbindungen ausgebildet werden. Ein lithographisches Verfahren kann ein Auflösen der Vorstruktur, beispielsweise mittels eines nasschemischen Verfahrens, umfassen.Lithographic processes for providing conductor tracks are known in semiconductor and microsystems technology. A lithographic method can include, for example, the application of a lithographic resist layer to the at least one evaluation unit or to both evaluation units and the substrate. A lithographic method can also include exposing the lithographic resist layer with a suitable exposure mask, which is matched to the electrically conductive connections to be formed between a respective evaluation unit and the substrate unit. A lithographic process may further include developing the lithographic resist layer to provide a pre-pattern, i.e. the lithographic mask, for forming the electrically conductive connections. The exposed (when using a positive resist) or alternatively the unexposed (when using a negative resist) areas of the lithographic resist layer are dissolved. A lithographic method may further include depositing a conductive metal into the pre-structure, for example by means of a physical vapor deposition method, so that electrically conductive connections are formed. A lithographic method can include dissolving the preliminary structure, for example by means of a wet-chemical method.
Bei einem lithographischen Verfahren erfolgt in vorteilhaften Ausbildungsvarianten das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen insbesondere vor einer Kopplung der zugeordneten Konvertereinheiten mit einer Auswerteeinheit, welche mittels der elektrischen Leitungen mit dem Substrat elektrisch leitend verbunden werden soll.In a lithographic method, in advantageous embodiment variants, the electrically conductive connections are produced in particular before the associated converter units are coupled to an evaluation unit, which is to be electrically conductively connected to the substrate by means of the electrical lines.
Beispielsweise werden alle elektrisch leitenden Verbindungen einer Auswerteeinheit gleichzeitig hergestellt. Es können auch gleichzeitig die elektrisch leitenden Verbindungen einer Mehrzahl an Auswerteeinheiten, welche entlang der ersten Richtung angeordnet sind, hergestellt werden.For example, all electrically conductive connections of an evaluation unit are made at the same time. The electrically conductive connections of a plurality of evaluation units, which are arranged along the first direction, can also be established at the same time.
Gemäß einer Verfahrensvariante basiert der Schritt des Herstellens auf einem Leiterbahnen-Druckverfahren.According to a variant of the method, the production step is based on a conductor track printing method.
Beispielsweise kann der Schritt des Herstellens ein sogenanntes Oberflächen-Direktschreib-Verfahren (engl. surface direct write) umfassen. Beispielsweise kann das Leiterbahnen-Druckverfahren auf einem Ink Jet-Druckverfahren oder auf einem Aerosol Jet-Druckverfahren basieren. Es kann auch ein anderes Verfahren der additiven Fertigung von Leiterbahnen eingesetzt werden, mittels welchen ein vertikaler Höhenunterschied zwischen Kontaktbereichen auf der Auswerteeinheit und der Substrateinheit überbrückt werden kann.For example, the manufacturing step may include a so-called surface direct write method. For example, the conductor track printing method can be based on an ink jet printing method or on an aerosol jet printing method. It can also be another additive manufacturing process Conductor tracks are used, by means of which a vertical difference in height between contact areas on the evaluation unit and the substrate unit can be bridged.
Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst der Schritt des Herstellens, ein vorgeformtes Kontaktierungselement mit zumindest der ersten Auswerteeinheit und der Substrateinheit zu verbinden. Vor einem Verbinden kann der Schritt des Herstellens folglich das Bereitstellen eines vorgeformten Kontaktierungselements umfassen. Die Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem vorgeformten Kontaktierungselements kann beispielsweise mechanisch (bspw. mittels Druck), mittels einer leitfähigen Klebeverbindung oder anderweitiger Kontaktmasse z.B. basierend auf Indium, oder per Lötverbindung erfolgen. Im Falle einer Lötverbindung kann ein Prozess des Reflow-Lötens ferner eine robuste und/oder optimierte Ausrichtung des Kontaktierungselements und seiner Lage relativ zu den Kontaktbereichen bewirken.According to one embodiment, the manufacturing step includes connecting a preformed contacting element to at least the first evaluation unit and the substrate unit. Before connecting, the manufacturing step can consequently include the provision of a preformed contacting element. An electrical contact can be produced between the preformed contacting element, for example, mechanically (e.g. by means of pressure), by means of a conductive adhesive connection or other contact mass, e.g. based on indium, or by a soldered connection. In the case of a soldered connection, a reflow soldering process can also bring about a robust and/or optimized alignment of the contacting element and its position relative to the contact areas.
Weiterhin ist in Kombination mit diesen Verfahren im Vergleich zu einem Wirebonding-Verfahren besonders vorteilhaft eine Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen möglich, wobei die elektrisch leitenden Verbindungen beider Auswerteeinheiten zwischen der ersten und der zweiten Auswerteeinheit angeordnet sind.Furthermore, in combination with these methods, compared to a wire bonding method, it is particularly advantageous to produce the electrically conductive connections, with the electrically conductive connections of both evaluation units being arranged between the first and the second evaluation unit.
Das Verfahren kann außerdem umfassen, entlang einer zur flächigen Ausdehnung parallelen und zur ersten Richtung orthogonalen, zweiten Richtung weitere Auswerteeinheiten in Stapelanordnung mit der Substrateinheit anzuordnen.The method can also include arranging further evaluation units in a stack arrangement with the substrate unit along a second direction that is parallel to the two-dimensional extent and orthogonal to the first direction.
Die Auswerteeinheiten, welche entlang der zweiten Richtung angeordnet werden, können vor einem Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen angeordnet werden. Sie können auch nach einem Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen angeordnet werden. Es können gleichzeitig für eine Mehrzahl an Auswerteeinheiten, welche entlang der zweiten Richtung angeordnet sind, elektrisch leitende Verbindungen hergestellt werden.The evaluation units, which are arranged along the second direction, can be arranged before the electrically conductive connections are established. They can also be arranged after the electrically conductive connections have been established. Electrically conductive connections can be established simultaneously for a plurality of evaluation units which are arranged along the second direction.
Im Rahmen der Erfindung können außerdem Merkmale, welche in Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung und/oder unterschiedliche Anspruchskategorien (Verfahren, Verwendung, Vorrichtung, System, Anordnung usw.) beschrieben sind, zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Anspruch, der eine Vorrichtung betrifft, auch mit Merkmalen, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet werden und umgekehrt. Funktionale Merkmale eines Verfahrens können dabei etwa durch entsprechend ausgebildete gegenständliche Komponenten ausgeführt werden. Neben den in dieser Anmeldung ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind vielfältige weitere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, zu denen der Fachmann gelangen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche vorgegeben ist.Within the scope of the invention, features that are described in relation to different embodiments of the invention and/or different claim categories (method, use, device, system, arrangement, etc.) can also be combined to form further embodiments of the invention. For example, a claim relating to a device can also be developed with features that are described or claimed in connection with a method, and vice versa. Functional features of a method can be implemented, for example, by correspondingly designed physical components. In addition to the embodiments of the invention that are expressly described in this application, a wide variety of other embodiments of the invention are conceivable, which a person skilled in the art can arrive at without departing from the scope of the invention, which is defined by the claims.
Die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ schließt nicht aus, dass das betroffene Merkmal auch mehrfach vorhanden sein kann. Die Verwendung des Ausdrucks „aufweisen“ schließt nicht aus, dass die mittels des Ausdrucks „aufweisen“ verknüpften Begriffe identisch sein können. Beispielsweise weist die medizinische Bildgebungsvorrichtung die medizinische Bildgebungsvorrichtung auf. Die Verwendung des Ausdrucks „Einheit“ schließt nicht aus, dass der Gegenstand, auf den sich der Ausdruck „Einheit“ bezieht, mehrere Komponenten aufweisen kann, die räumlich voneinander separiert sind.The use of the indefinite article "a" or "an" does not rule out the possibility that the characteristic in question can also be present more than once. The use of the term "have" does not exclude that the terms linked by the term "have" can be identical. For example, the medical imaging device includes the medical imaging device. The use of the term "unit" does not exclude that the item to which the term "unit" refers may have multiple components that are spatially separated from each other.
Der Ausdruck „basierend auf“ kann im Kontext der vorliegenden Anmeldung insbesondere im Sinne des Ausdrucks „unter Verwendung von“ verstanden werden. Insbesondere schließt eine Formulierung, der zufolge ein erstes Merkmal basierend auf einem zweiten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) wird, nicht aus, dass das erste Merkmal basierend auf einem dritten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) werden kann.In the context of the present application, the expression “based on” can be understood in particular in the sense of the expression “using”. In particular, a wording according to which a first feature is generated based on a second feature (alternatively: ascertained, determined, etc.) does not preclude the first feature being generated (alternatively: ascertained, determined etc.) based on a third feature can.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch, stark vereinfacht und nicht zwingend maßstabsgetreu. In unterschiedlichen Figuren werden für gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
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1 eine beispielhafte Ausbildung eines Röntgendetektormoduls aus dem Stand der Technik, -
2 eine schematische Darstellung einer Ausbildung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls, -
3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Röntgendetektoreinheit mit zumindest zwei erfindungsgemäßen Röntgendetektormodulen, -
4 eine schematische Darstellung einer Stapelanordnung umfassend ein Substrat und eine Auswerteeinheit mit mittels eines lithographischen Verfahrens hergestellten elektrisch leitenden Verbindungen, -
5 eine schematische Darstellung einer Stapelanordnung umfassend ein Substrat und eine Auswerteeinheit mit einem vorgefertigten Kontaktierungselement, -
6 . eine schematische Schnittansicht durch einen vorgefertigtes Kontaktierungselements in einer ersten Ausführungsvariante zur Anordnung auf einer Auswerteinheit, -
7 eine schematische Schnittansicht durch einen vorgefertigtes Kontaktierungselements in einer zweiten Ausführungsvariante zur Anordnung auf einer Auswerteinheit, -
8 eine alternative Schnittansicht durch ein vorgefertigtes Kontaktierungselements gemäß der zweiten Ausführungsvariante, -
9 bis 11 schematische Aufsichtsdarstellungen erfindungsgemäßer Röntgendetektormodule zur Veranschaulichung der Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen gemäß verschiedener Ausführungsvarianten, -
12 bis 13 schematische Schnittdarstellungen erfindungsgemäßer Röntgendetektormodule in weiteren Ausführungsvarianten, -
14 bis16 schematische Verfahrensabläufe zur Bereitstellung eines Röntgendetektormoduls in unterschiedlichen Ausführungsvarianten, und -
17 eine schematische Darstellung eines medizinischen Bildgebungsgeräts.
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1 an exemplary embodiment of an x-ray detector module from the prior art, -
2 a schematic representation of an embodiment of an X-ray detector module according to the invention, -
3 a schematic representation of a section of an x-ray detector unit with at least two x-ray detector modules according to the invention, -
4 a schematic representation of a stack arrangement comprising a substrate and an evaluation unit with electrically conductive connections produced by means of a lithographic method, -
5 a schematic representation of a stack arrangement comprising a substrate and an evaluation unit with a prefabricated contacting element, -
6 . a schematic sectional view through a prefabricated contacting element in a first embodiment for arrangement on an evaluation unit, -
7 a schematic sectional view through a prefabricated contacting element in a second embodiment for arrangement on an evaluation unit, -
8th an alternative sectional view through a prefabricated contacting element according to the second embodiment, -
9 until11 schematic top views of X-ray detector modules according to the invention to illustrate the arrangement of the electrically conductive connections according to different embodiment variants, -
12 until13 schematic sectional views of X-ray detector modules according to the invention in further variants, -
14 until16 schematic process sequences for providing an X-ray detector module in different design variants, and -
17 a schematic representation of a medical imaging device.
Ein jeweiliger Hybrid ist dabei entlang einer Kante einer jeweiligen Auswerteeinheit 11 über elektrisch leitende Verbindungen 17 mit dem Substrat 11 verbunden. Die elektrisch leitenden Verbindungen 17 sind als Wirebond-Verbindungen ausgebildet.A respective hybrid is connected to the
Die Hybride sind dabei derart auf dem Substrat 11 angeordnet, so dass jeweils die elektrisch leitenden Verbindungen 17 entlang der voneinander abgewandten äußeren Kante der Auswerteeinheiten 13 entlang der ersten Richtung angeordnet sind. Dies erlaubt eine Anordnung der Hybride mit einem geringen Abstand C zwischen den gekoppelten Konvertereinheiten 15, welcher im Wesentlichen einem Montageabstand entspricht, und damit ggf. auch einem geringen Pixelabstand p1 zwischen den Pixeln auf zwei nebeneinander angeordneten Hybriden auf einem Substrat 11.The hybrids are arranged on the
Nachteilig an einer solchen Ausbildung eines Moduls ist jedoch insbesondere bei einer Aneinanderreihung mehrerer Substrate 11, d.h. mehrerer Module, entlang der ersten Richtung, dass nun an den jeweiligen außenliegenden Bereichen der Substrate 11 jeweils der Platzbedarf A der elektrisch leitenden Verbindungen 17 und der zugehörigen Kontaktbereiche auf Auswerteeinheit 13 und Substrat 11 und ein Montageabstand B aufeinandertrifft und damit in diesem Bereich ein besonders großer inaktiver Bereich 2A+B in der Detektionsfläche und ein großer Abstand p2 zwischen zwei Pixeln auf zwei nebeneinander angeordneten Substraten vorliegt.However, a disadvantage of such a design of a module, particularly when
Für eine effiziente Dosisnutzung ist es bei Röntgendetektoren vorteilhaft, dass die nicht-aktiven Zwischenräume zwischen den Pixeln im Vergleich zur aktiven Fläche der einzelnen Pixel möglichst klein sind. Außerdem ist eine gleichmäßige Pixelanordnung, d.h. möglichst gleichmäßige Pixelabstände, auch bei einer vierseitigen Aneinanderreihung vorteilhaft. Dies kann jedoch durch eine obig beschriebene Anordnung nur unzureichend erfüllt werden.In X-ray detectors, it is advantageous for efficient dose utilization that the non-active spaces between the pixels are as small as possible in comparison to the active area of the individual pixels. In addition, a uniform pixel arrangement, i.e. pixel spacing that is as uniform as possible, is also advantageous for a four-sided line-up. However, this can only be inadequately fulfilled by an arrangement described above.
Eine alternative Anordnung, bei der das Substrat eines Moduls entlang der ersten Richtung nur jeweils eine Auswerteeinheit 13 aufweist, führt bei einer Aneinanderreihung von Modulen zwar zu einem geringeren inaktiven Bereich der Breite A+B (statt der obigen 2A+B). Nachteilig ist jedoch, dass sich dadurch die Anzahl der Substrate 11 und damit auch die Anzahl von notwenigen Steckverbindungen zur Leitung von elektrischen Signalen von oder zu dem Substrat 11 verdoppelt. Ferner steht weniger Raum für eine solche Steckverbindung und wesentlich weniger Raum für eine thermische Anbindung der Auswerteeinheiten 13 zur Verfügung.An alternative arrangement, in which the substrate of a module has only one
Das Röntgendetektormodul umfasst zumindest eine Substrateinheit 1 mit einer flächigen Ausdehnung und mindestens zwei Auswerteeinheiten 3, jeweils ausgebildet von einer gekoppelten Konvertereinheit 5 eingespeiste elektrische Signale zu verarbeiten, in einer Stapelanordnung.The X-ray detector module comprises at least one substrate unit 1 with a planar extension and at least two
Die zumindest zwei Auswerteeinheiten 3 sind entlang einer ersten Richtung parallel zur flächigen Ausdehnung der Substrateinheit 1 beabstandet nebeneinander angeordnet. Weiterhin sind elektrisch leitende Verbindungen 7 von zumindest einer der zwei Auswerteeinheiten 3 zu der Substrateinheit 1 entlang der ersten Richtung zwischen den zwei Auswerteeinheiten 3 angeordnet. Die elektrisch leitenden Verbindungen 7 sind von Kontaktbereichen (in
Das gezeigte Röntgendetektormodul umfasst außerdem eine Verbindungseinheit 21, beispielsweise einen Stecker, welche auf einer der Auswerteeinheiten 3 abgewandten Seite bzw. Fläche der Substrateinheit 1 angeordnet ist. Mittels einer solchen Verbindungseinheit 21 können Signale an Auswerteeinheiten 1 eines Röntgendetektormoduls übertragen oder die Signale der Auswerteeinheiten 3 des Röntgendetektormoduls ausgelesen und beispielsweise zu einer Recheneinheit 45 eines medizinischen Geräts 32 weitergeleitet werden.The X-ray detector module shown also includes a
In der gezeigten Variante sind die elektrisch leitenden Verbindungen 7 als elektrisch leitende Verbindungen, welche mittels eines Wirebonding-Verfahrens hergestellt sind, angedeutet. In alternativen erfindungsgemäßen Ausführungen können die elektrisch leitenden Verbindungen 7 auch mittels eines lithographischen Verfahrens oder mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahrens ausgebildet sein. In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante können die elektrisch leitenden Verbindungen 7 mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements 9 umfassend die elektrisch leitenden Verbindungen 7 ausgebildet sein.In the variant shown, the electrically
In der gezeigten Ausbildungsvariante sind die elektrisch leitenden Verbindungen 7 der zweiten Auswerteeinheit 3 zu der Substrateinheit 1 an einer Seite der zweiten Auswerteeinheit 3 angeordnet, welche entlang der ersten Richtung von der ersten Auswerteeinheit 3 abgewandt ist. Das heißt, in der gezeigten Ausbildungsvariante sind lediglich die elektrisch leitenden Verbindungen 7 einer der zumindest zwei Auswerteeinheiten 3 zwischen den zwei Auswerteeinheiten 3 angeordnet. In alternativen Ausbildungen können auch die elektrisch leitenden Verbindungen der zweiten Auswerteeinheit 3 zwischen den Auswerteeinheiten 3 angeordnet sein.In the embodiment variant shown, the electrically
Ein Abstand zwischen den zwei Auswerteeinheiten 3 ist in der gezeigten Ausführung entsprechend abhängig von dem Platzbedarf der elektrisch leitenden Verbindungen 7 von der ersten Auswerteeinheit 3 zu der Substrateinheit 1 und ggf. einem zusätzlichen Montageabstand. Der erreichbare Abstand A zwischen den zwei mit den Auswerteeinheiten 3 gekoppelten Konvertereinheiten 5 und damit auch ein Pixelabstand p4 zwischen zwei Pixeln von nebeneinanderangeordneten Hybriden ist dabei in der gezeigten Variante in der Regel größer als ein Abstand C bzw. ein Pixelabstand p1 aus
Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes Röntgendetektormodul außerdem eine dritte Auswerteeinheit 3 in Stapelanordnung mit der Substrateinheit 1 aufweisen, welche entlang der ersten Richtung neben der ersten und zweiten Auswerteeinheit 3 angeordnet ist, wobei zwischen der zweiten und der dritten Auswerteeinheit 3 elektrisch leitende Verbindungen 7 von zumindest einer der benachbarten Auswerteeinheiten 3 ausgebildet sind. In einer Weiterbildung der in
Der Abstand zwischen zwei Konvertereinheiten 5, welche zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Auswerteeinheiten 3 auf zwei verschiedenen nebeneinanderangeordneten Substrateinheiten 1 zugeordnet sind, umfasst einen Abstand A+B (mit einem Montageabstand B zwischen zwei Substrateinheiten 1 und dem Abstand A, welcher den notwendigen Platzbedarf für die elektrisch leitenden Verbindungen 7 von der Auswerteeinheit 3 zu der Substrateinheit 1 widerspiegelt). Dagegen liegt in Bereichen, in welchen zwei Substrate 11 bei einer Ausführung gemäß
Zwar liegt ggf. ein größerer Abstand A (im Vergleich zu einem Abstand C in
In besonders vorteilhaften Varianten ist der Abstand zwischen zwei Konvertereinheiten 5, welche zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Auswerteeinheiten 3 auf zwei verschiedenen nebeneinanderangeordneten Substrateinheiten 1 zugeordnet sind, höchstens doppelt so groß wie der Abstand zwischen zwei Konverterelementen 5, welche zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Auswerteeinheiten 3 auf derselben Substrateinheit 1 zugeordnet sind.In particularly advantageous variants, the distance between two
Weiterhin können auch durch die Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen 7 basierend auf einem lithographischen Verfahren, einem Leiterbahnen-Druckverfahren oder auch mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements 9 Abstände optimiert werden.Furthermore, distances can also be optimized by the production of electrically
Das Modul weist elektrisch leitende Verbindungen 7 von der Auswerteeinheit 3 zu der Substrateinheit 1 auf, welche mittels eines lithographischen Verfahrens hergestellt sind. Lithographische Prozesse zur Bereitstellung von Leiterbahnen sind in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik bekannt. Mittels eines lithographischen Verfahrens können Leiterbahnen auf die Auswerteeinheit 3 bzw. Substrateinheit 1 aufgebracht werden, welche die Kontaktbereiche auf einer Auswerteeinheit 3 mit den korrespondierenden Kontaktbereichen auf der Substrateinheit 1 verbinden. Die elektrisch leitenden Verbindungen 7 können von Kontaktbereichen der Auswerteeinheit 3 über eine Seitenfläche der Auswerteeinheit 3 zu Kontaktbereichen der Substrateinheit 1 geführt werden. Alternativ zu einer Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindungen 7 mittels eines lithographischen Verfahrens können die elektrisch leitenden Verbindungen außerdem mittels eines Leiterbahnen-Druckverfahrens ausgebildet sein.The module has electrically
Im Gegensatz zu elektrisch leitenden Verbindungen 7, welche mittels eines Wirebonding-Verfahrens hergestellt sind, können Leiterbahnen mittels eines oben beschriebenen Verfahrens direkt auf eine Auswerteeinheit 3 aufgebracht werden und stehen insbesondere nicht von einer Auswerteeinheit 3 in Richtung der einfallenden Röntgenstrahlung ab. Dies kann vorteilhaft ermöglichen, eine mit der Auswerteinheit 3 gekoppelte Konvertereinheit 5 teilweise oder auch vollständig über den Bereich der Auswerteeinheit 3 in welchen die elektrisch leitenden Verbindungen auf der Auswerteeinheit 3 ausgebildet sind überstehen zu lassen. Dies ist durch die gestrichelte Linie in
Umfasst ein Röntgendetektormodul zumindest zwei nebeneinander angeordnete Auswerteeinheiten 3 entlang der ersten Richtung (hier z-Richtung) gemäß einer erfindungsgemäßen Ausbildung wie in Verbindung mit
Das hier gezeigt Modul weist elektrisch leitende Verbindungen zwischen der Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1 auf, welche mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements 9 umfassend die elektrisch leitenden Verbindungen 7 ausgebildet sind. Das vorgeformte Kontaktierungselement ist derart vorgeformt, dass es an eine vorliegende Stapelanordnung aus der Auswerteinheit 3 mit der Substrateinheit 1 angepasst ist. Das Kontaktierungselement 9 ist ausgebildet, einen Höhenunterschied zwischen einer der einfallenden Röntgenstrahlung (hier y-Richtung) zugewandten Oberseite der Auswerteeinheit 3 und einer der einfallenden Röntgenstrahlung zugewandten Oberseite der Substrateinheit 1 zu überbrücken.The module shown here has electrically conductive connections between the
Das Kontaktierungselement 9 kann sich über die gesamte Länge einer Kontaktierungskante der Auswerteeinheit 3 erstrecken. Ein vorgeformtes Kontaktierungselement 9 kann dabei gleichzeitig alle benötigten elektrischen Verbindungen 7 zwischen einer Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1 herstellen. Das Kontaktierungselement 9 kann die elektrisch leitenden Verbindungen 7 in einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff oder einem Gummi in geeigneter Anordnung aufweisen. Das vorgeformte Kontaktierungselement 9 kann insbesondere auf die Anordnung von Kontaktbereichen auf der Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1 abgestimmt sein und korrespondierende Kontaktbereiche mittels der umfassten elektrisch leitenden Verbindungen elektrisch leitend verbinden. Das vorgeformte Kontaktierungselement 9 kann insbesondere jeweils zu den Kontaktbereichen auf der Auswerteeinheit 3 und zu den Kontaktbereichen auf der Substrateinheit 1 korrespondierende Gegenkontaktbereiche aufweisen.The contacting
Ein solches vorgeformtes Kontaktierungselement 9 kann beispielsweise mittels Reibung/Druck (Einpressen) und/oder mittels einer geeigneten, unterstützenden Klebeverbindung oder einer andersartigen Kontaktmasse, bspw. Indium, oder per Lötverbindung in Kontakt mit der Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1 gebracht werden, derart dass die elektrisch leitenden Verbindungen jeweils korrespondierende Kontaktbereiche der Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1 elektrisch leitend kontaktieren. In Zusammenhang mit dem Einpressen kann dabei eine mechanisch flexible Ausgestaltung des vorgeformten Kontaktierungselementes 9 vorteilhaft sein, z.B. unter Verwendung von einem mechanisch flexiblen Material wie etwa Gummi als isolierendes Material.Such a preformed contacting
Ein derartiges Kontaktierungselement 9 kann derart vorgeformt sein, dass es an die Auswerteeinheit 3 bzw. die Substrateinheit 1 angepasst ist. Beispielsweise kann das Kontaktierungselement 9 eine L-förmige Ausgestaltung, wie in
Ein vorgeformtes Kontaktierungselement 9 kann dabei insbesondere als mehrlagiges Kontaktierungselement 9 ausgebildet sein, wobei das mehrlagige Kontaktierungselement 9 eine Mehrzahl an Kontaktierungslagen umfassend die elektrisch leitenden Verbindungen 7 und isolierenden Zwischenlagen umfasst, welche entlang einer zur flächigen Ausdehnung der Auswerteeinheit 3 bzw. Substrateinheit 1 parallelen und zur ersten Richtung orthogonalen, zweiten Richtung aneinandergereiht sind. Die erste Richtung erstreckt sich dabei entlang der Kontaktierungskante, entlang welcher die Kontaktbereiche der Auswerteeinheit 2 angeordnet sind, welche mittels der elektrisch leitenden Verbindungen 7 kontaktiert werden sollen. Die Lagen des mehrlagigen Kontaktierungselements 9 können also entlang der Kontaktierungskante gestapelt sein, so dass die Ebenen der Lagen parallel zu der Ebene sind, welche andernfalls beispielsweise durch Bonddrähte bei einem Wirebonding-Verfahren aufgespannt werden würde. Die Ebenen der Kontaktierungslagen umfassend die elektrisch leitenden Verbindungen 7 sind derart ausgestaltet, dass sie ein jeweiligen Kontaktbereich einer Auswerteeinheit 3 mit dem korrespondierenden Kontaktbereich auf der Substrateinheit 1 verbinden. Die Kontaktierungslagen können dabei jeweils durch eine isolierende Zwischenlage mit geeigneter Dicke getrennt, so dass die elektrisch leitenden Verbindungen untereinander getrennt vorliegen. Die Dicke der einzelnen Kontaktierungslagen und der isolierenden Zwischenlagen ist derart ausgeprägt, dass die Abfolge der Kontaktierungslagen zu den vorliegenden Kontaktbereichen auf der Auswerteeinheit und der Substrateinheit abgestimmt ist. Die leitenden Verbindungen innerhalb einer Kontaktierungslage können in Form von Leiterbahnen, wie in
In anderen Ausbildungsvarianten kann ein vorgeformtes Kontaktierungselement beispielsweise auch mittels eines Verfahrens der additiven Fertigung hergestellt sein.In other design variants, a preformed contacting element can also be produced, for example, by means of an additive manufacturing process.
Die
Auf der Auswerteeinheit 3 sind jeweils Kontaktbereiche 6 angedeutet, welche in einem Randbereich der Auswerteeinheit 3 entlang der Kontaktierungskante angeordnet sind.Indicated on the
In
Die Leiterbahnen können beispielsweise mittels üblicher Herstellungsmethoden in der Leiterplattenherstellung auf den Kontaktierungslagen eines mehrlagigen Kontaktierungselements, beispielsweise mittels eines Druckverfahrens oder mittels eines lithographischen Verfahrens, aufgebracht sein. Zwischen den Kontaktierungslagen aufweisend die Leiterbahnen können isolierende Zwischenlagen angeordnet sein. Das Kontaktierungselement 9 kann außerdem Gegenkontaktbereiche 8 aufweisen, welche mit den Leiterbahnen verbunden sind, und welche für eine Kontaktierung des Kontaktelements 9 mit der Auswerteeinheit 3 überlappend angeordnet (angedeutet durch den gestrichelten Pfeil) und in elektrisch leitenden Kontakt miteinander gebracht werden. Eine Kontaktierung von Kontaktbereichen auf einer Substrateinheit 1 kann in gleicher Weise erfolgen.The conductor tracks can be applied to the contacting layers of a multilayer contacting element, for example by means of a printing process or by means of a lithographic process, for example by means of conventional production methods in the production of printed circuit boards. Insulating intermediate layers can be arranged between the contacting layers comprising the conductor tracks. The contacting
In
Zur Veranschaulichung eines derartig ausgebildeten Kontaktierungselements 9 ist in
Zur Ausbildung einer Kontaktierung können die Kontaktierungslagen mit Kontaktbereichen 6 auf der Auswerteeinheit überlappend angeordnet werden und in elektrisch leitenden Kontakt miteinander gebracht werden. Eine Kontaktierung von Kontaktbereichen auf einer Substrateinheit 1 kann in gleicher Weise erfolgen.In order to form a contact, the contacting layers can be arranged so that they overlap with
Eine Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindungen eines erfindungsgemäßen Röntgendetektormoduls mit zumindest zwei Auswerteeinheiten oder einer erfindungsgemäßen Röntgendetektoreinheit umfassend zumindest zwei Röntgendetektormodule mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements wie hier in Zusammenhang mit einer einzelnen Auswerteeinheit beschrieben kann vorteilhaft zu einer Optimierung der Abstände entlang der ersten Richtung beitragen. Weiterhin kann durch ein vorgeformtes Kontaktierungselement eine vereinfachte Handhabung der Röntgendetektormodule durch einen verbesserten Schutz gegen mechanische Beeinträchtigungen erreicht werden. A design of the electrically conductive connections of an X-ray detector module according to the invention with at least two evaluation units or an X-ray detector unit according to the invention comprising at least two X-ray detector modules by means of a preformed contacting element as described here in connection with a single evaluation unit can advantageously contribute to optimizing the distances along the first direction. Furthermore, a preformed contacting element can be used to simplify handling of the x-ray detector modules as a result of improved protection against mechanical damage.
Weiterhin ist durch die innenliegende Anordnung der Kontaktierungen und elektrisch leitenden Verbindungen 7 beider Auswerteeinheiten 3 ein verbesserter Schutz gegen mechanische Einflüsse bei einer Handhabung der Röntgendetektormodule bereitgestellt.Furthermore, the internal arrangement of the contacts and electrically
Eine Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen 7 zwischen den zumindest zwei Auswerteeinheiten 3 des Röntgendetektormoduls kann dabei besonders insbesondere mittels einer Bereitstellung der elektrisch leitenden Verbindungen 7 mit einem lithographischen Verfahren, einem Leiterbahn-Druckverfahren oder mit einem vorgeformten Kontaktierungselements besonders vorteilhaft ermöglicht werden. Vorteilhaft kann durch die Bereitstellung der elektrisch leitenden Verbindungen mittels eines lithographischen Verfahren, einem Leitungsdruckverfahren oder mit einem vorgeformten Kontaktierungselements eine innenliegende, zwischen den zwei Auswerteeinheiten liegende Kontaktierung erreicht werden, wobei gleichzeitig vorteilhaft geringere Abstände zwischen den Auswerteeinheiten und damit auch zwischen den zugeordneten Konvertereinheiten gewährleistet werden können. Weiterhin kann besonders vorteilhaft auch eine verzahnte Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen ermöglicht werden. Vorteilhaft sind elektrisch leitende Verbindungen möglich, wobei zumindest ein Teil der elektrisch leitenden Verbindungen 7 der ersten und der zweiten Auswerteeinheit 3 der zwei Auswerteeinheiten 3 untereinander elektrisch leitend verbunden ist. An arrangement of the electrically
Das vorgeformte Kontaktierungselement 9 ist zwischen den zumindest zwei Auswerteeinheiten angeordnet. Das Kontaktierungselement 9 kann wie in Verbindung mit den
Die
Dabei erfolgt in dieser gezeigten beispielhaften Variante der Schritt des Herstellens S4 der elektrisch leitenden Verbindungen 7 zwischen zumindest der ersten Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1 vor dem Schritt des Bereitstellens S3 der zweiten Auswerteeinheit 3.In this exemplary variant shown, the step of establishing S4 the electrically
Außerdem umfasst das Verfahren den Schritt des Herstellens S5 der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der zweiten Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1. In der gezeigten Variante erfolgt das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen S5 zwischen der zweiten Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1 gesondert von dem Schritt des Herstellens S4 elektrisch leitender Verbindungen 7 zwischen zumindest der ersten Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1.The method also includes the step of establishing S5 the electrically conductive connections between the
Das Verfahren kann umfassen, dass die Auswerteeinheiten 3 bei Bereitstellung S2, S3 bereits mit einer Konvertereinheit 5 gekoppelt sind. Es kann jedoch auch Verfahrensvarianten geben, wobei erst nach einem Bereitstellen einer jeweiligen oder beider Auswerteeinheiten 3 in Stapelanordnung mit der Substrateinheit 1 oder sogar nach einem Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen 7 eine Kopplung mit einer Konvertereinheit 7 erfolgt.The method can include the
Die in
Es ist jedoch auch in dieser Verfahrensvariante ein Herstellen S4 elektrisch leitender Verbindungen 7 basierend auf einem lithographischen Verfahren, auf einem Leiterbahnen-Druckverfahren oder auch mittels eines vorgeformten Kontaktierungselements 9 möglich. Das heißt, der Schritt des Herstellens S4 kann umfassen, ein vorgeformtes Kontaktierungselement 9 mit zumindest der ersten Auswerteeinheit 3 und der Substrateinheit 1 zu verbinden. Der Schritt des Herstellens S4 kann umfassen, elektrisch leitende Verbindungen 7 mittels eines lithographischen Verfahrens oder mittels eines Leiterbahn-Druckverfahrens zu erzeugen.However, it is also possible in this variant of the method to produce S4 electrically
Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass neben einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit 3 außerdem eine dritte Auswerteeinheit 3 entlang der ersten Richtung in Stapelanordnung mit der Substrateinheit 1 bereitgestellt wird.The method can also include that, in addition to a first and a
Die
Insbesondere zeigen die
Insbesondere kann in den
Der Schritt es Herstellens S4 der elektrisch leitenden Verbindungen 7 zwischen den Auswerteeinheiten 3 und der Substrateinheit 1 erfolgt in
Der Schritt es Herstellens S4 der elektrisch leitenden Verbindungen 7 zwischen den Auswerteeinheiten 3 und der Substrateinheit 1 umfasst in
Die Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem vorgeformten Kontaktierungselements 9 kann beispielsweise mechanisch (bspw. mittels Druck), mittels einer leitfähigen Klebeverbindung oder anderweitiger Kontaktmasse z.B. basierend auf Indium, oder per Lötverbindung erfolgen.An electrical contact can be produced between the preformed contacting
Im Falle eines Computertomographie-Geräts wird üblicherweise aus einer Vielzahl an Winkelrichtungen ein (Roh-) Röntgenbilddatensatz des Objekts mittels der Detektionseinheit aufgenommen, welcher auf verarbeiteten elektrischen Pixelmesssignalen der Pixelelektroniken 5 der Auswerteeinheiten basiert. Anschließend kann basierend auf dem (Roh-) Röntgenbilddatensatz mittels eines mathematischen Verfahrens, beispielsweise umfassend eine gefilterte Rückprojektion oder ein iteratives Rekonstruktionsverfahren, ein finaler Röntgenbilddatensatz rekonstruiert werden.In the case of a computed tomography device, a (raw) x-ray image data record of the object is usually recorded from a large number of angular directions by means of the detection unit, which is based on processed electrical pixel measurement signals from the
Die Recheneinheit 45 kann eine Steuereinheit zur Steuerung des medizinischen Bildgebungsgeräts 32 und eine Erzeugungseinheit zur Erzeugung eines Röntgenbilddatensatz basierend auf Pixelmesssignalen umfassen.The
Des Weiteren ist eine Eingabeeinrichtung 47 und eine Ausgabeeinrichtung 49 mit der Recheneinheit 45 verbunden. Die Eingabeeinrichtung und die Ausgabeeinrichtung können beispielsweise eine Interaktion durch einen Anwender oder die Darstellung eines erzeugten Röntgenbilddatensatzes ermöglichen.Furthermore, an
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