DE10332333B4

DE10332333B4 - Detektormodul

Info

Publication number: DE10332333B4
Application number: DE10332333A
Authority: DE
Inventors: Claus Pohan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: DE10332333A1; US20050012047A1; US7259376B2

Abstract

Detektormodul (1), mit einer Vielzahl von Detektorelementen, die jeweils mit einem ersten Kontaktpunkt (5) versehen sind, und einer zweite Kontaktpunkte aufweisenden Schaltungspiatine (9), wobei die ersten (5) und die zweiten Kontaktpunkte in einem deckungsgleichen Raster angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (5) und die zweiten Kontaktpunkte mittels eines elektrischen Elastomerverbinders (6) elektrisch verbunden sind und dass die Schaltungsplatine (9) einen überstehenden Bereich (18) aufweist, auf dem eine Auswerteelektronik (8) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Detektormodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner einen Detektor für einen Röntgen-Computertomografen.
Solche Detektormodule werden beispielsweise in Detektoren für Röntgen-Computertomografen verwendet. Dabei werden einfallende Röntgenstrahlen durch einen Szintillator in Fotonen umgewandelt. Eine Fotodiode konvertiert die Fotonen in ein elektrisches Signal. Der Szintillator und die Fotodiode sind in einem Detektorelement zusammengefasst. Das Detektorelement ist mit einer Auswerteelektronik verbunden, welche die analogen elektrischen Signale in entsprechende digitale Signale umwandelt. Eine Vielzahl von Detektorelementen sind in einem Detektormodul zusammengefasst. Je größer die Anzahl und je kleiner die Größe der Detektorelemente in einem Detektormodul ist, umso besser sind die Qualität und die Leistungsfähigkeit der Detektormodule und der mit ihnen ausgestatteten Detektoren. Deshalb geht der Trend dahin, in einem Detektormodul die Anzahl der Detektorelemente zu erhöhen. Da jedes Detektorelement mit der nachgeschalteten Auswerteelektronik verbunden werden muss, muss bei einer Erhöhung der Anzahl der Detektorelemente auch gleichzeitig die Anzahl der Kontakte in Steckverbindern zur Verbindung der Detektorelemente mit der Auswerteelektronik zunehmen. Handelsübliche Steckverbinder haben jedoch eine begrenzte Anzahl von Kontakten, so dass eine Erhöhung der Kontaktzahl in der Regel nur durch die Verwendung von mehreren Steckverbindern möglich ist. Dies führt aber zu Problemen bezüglich der exakten Ausrichtung der Stecker zueinander, und erfordert einen erhöhten Platzbedarf für die Steckverbindergehäuse.

Die DE 197 28 237 A1 beschreibt einen strahlenelektrischen Wandler. Dabei ist eine auf dem Fotodiodenchip vorgesehene Kontaktschicht mit dem Szintillator mittels einer mit der Kontaktschicht in Berührung stehenden und auf dem Szintillator angebrachten Kontaktbahn verbunden. Über Verbindung des Fotodiodenchips mit der nachgeschalteten Auswerteelektronik ist in der DE 197 28 237 A1 nichts ausgesagt.

Aus der DE 690 13 104 T2 ist ein Strahlungsbilddetektor bekannt. Der Strahlungsbilddetektor weist eine Halbleiterplatte mit einer Vielzahl von schachbrettartig angeordneten Detektorelementen und eine Grundplatte auf. An einer Unterseite der Halbleiterplatte sind elektrische Kontakte der Detektorelemente herausgeführt. Jeder elektrische Kontakt ist mit einer Kontaktwarze versehen. Entsprechend der Anordnung der Kontaktwarzen auf der Halbleiterplatte sind auf der Basisplatte Kontaktelektroden vorgesehen. Die Basisplatte und die Halbleiterplatte sind so übereinandergelegt, dass die Kontaktwarzen die Kontaktelektroden berühren. Die Kontaktelektroden sind mit den Detektorelementen elektrisch leitend verbunden.

Aus der US 6,133,072 A ist ein elastisches, elektrisches Verbindungselement bekannt. Das Verbindungselement weist eine zwischen einer oberen und einer unteren Schicht angeordnete Zwischenschicht auf. Auf der unteren bzw. der oberen Seite der unteren bzw. oberen Schicht sind in einem schachbrettartigen Muster deckungsgleich elektrische Kontaktelemente vorgesehen. Jeweils zwei übereinanderliegende Kontaktelemente sind mit einer in die Zwischenschicht eingebetteten Durchkontaktierung elektrisch leitend verbunden.

Aus der DE 195 09 202 A1 ist ein elektrisches Verbindungelement mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden Adern bekannt. Die Adern sind im Verbindungselement verlaufend zwischen einer ersten und einer zweiten Oberfläche derart angeordnet, dass diese die beiden Oberflächen verbinden.

Aus der WO 01/08 187 A1 ist ein elektronisches Gerät mit mehreren elektronischen Komponenten bekannt. Zwischen den Komponenten ist ein plattenförmig ausgebildetes elektrisches Verbindungselement vorgesehen. Durch das Verbindungselement ist von einer Oberseite zu einer Unterseite eine Vielzahl von elektrischen Kontakten durchgeführt. Mittels der Kontakte sind Komponenten oberhalb des Verbindungselements mit Komponenten unterhalb des Verbindungselements elektrisch leitend verbunden.

Aus der DE 101 35 288 A1 ist ein Detektormodul mit einer Vielzahl von Detektorelementen bekannt. Zur Verbindung der Detektorelemente ist ein flexibles elektrisches Verbindungselement vorgesehen. Das Verbindungselement besteht aus zwischen Folien aus Polyimid eingebetteten Leiterbahnen.

Aus der WO 00/75 996 A1 ist ein Detektormodul bekannt, bei welchem Detektorelemente mittels eines elektrisch anisotrop leitenden Films elektrisch kontaktiert sind. Der Film weist eine Vielzahl von elektrisch leitenden Bereichen auf, welche in einer durch die Anisotropie vorgegebenen Vorzugsrichtung verlaufen. In einer zur Vorzugsrichtung senkrechten Richtung ist der Film elektrisch nichtleitend.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine elektrische Verbindung einzelner Detektorelemente mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik angegeben werden, welche eine Kontaktierung einer großen Anzahl von Detektorelementen und bei mindestens gleichem Platzbedarf ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 13 und gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12.

Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten und die zweiten Kontaktpunkte mittels eines elektrischen Ela stomerverbinders elektrisch verbunden sind. Die Verwendung des elektrischen Elastomerverbinders ermöglicht bei einem minimalen Platzbedarf eine Kontaktierung einer großen Anzahl von Detektorelementen. Es können die platzraubenden Steckverbindergehäuse entfallen. Da auf die bisher verwendeten elektrischen Steckverbinder verzichtet werden kann, entfallen auch die aufwändigen Lötarbeiten. Statt bei einer steigenden Anzahl von Detektorelementen mehrere Steckverbinder verwenden zu müssen, kann die elektrische Verbindung der Detektorelemente mit der Auswerteelektronik durch eine einzige hochpolige Verbindung hergestellt werden. Der erfindungsgemäße elektrische Elastomerverbinder ist gegenüber den bisher verwendeten elektrischen Steckverbindern äußerst kostengünstig.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der elektrische Elastomerverbinder zueinander parallel angeordnete elektrisch. leitende Strukturen aufweisen. Solche parallel angeordneten elektrisch leitenden Strukturen sind zweckmäßigerweise Golddrähte. Die Golddrähte können in ein plattenförmiges Elastomersubstrat eingearbeitet sein. Die Golddrähte können einen Durchmesser von 50 Mikrometern aufweisen. Damit kann ein sehr kleiner Abstand der Golddrähte zueinander und eine gute elektrische Leitfähigkeit realisiert werden. Es sind Abstände von unter 0,05 Millimetern zwischen den einzelnen Golddrähten möglich. Es lässt sich eine große Anzahl von Verbindungskontakten auf engstem Raum realisieren.

Alternativ ist es auch möglich, dass die elektrischen Elastomerverbinder Lagen aus elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Abschnitten aufweisen. Elektrisch leitende Abschnitte können z. B. mit Grafit als Leiter versehen sein. Derartige elektrische Elastomerverbinder können serienmäßig in großer Stückzahl bei günstigen Stückzahlpreisen hergestellt werden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der elektrische Elastomerverbinder in einem Positionierrahmen zwischen einer die Detektorelemente aufnehmenden Modulplatine und der Schaltungsplatine aufgenommen. Der Positionierrahmen dient der Positionierung des elektrischen Elastomerverbinders zwischen der Modulplatine und der Schaltungsplatine, so dass die elektrisch leitenden Strukturen des elektrischen Elastomerverbinders mit den miteinander zu verbindenden Kontakten zuverlässig verbunden werden. Ferner dient der Positionierrahmen zur Fixierung des Elastomerverbinders, damit dieser seine Position auch bei Erschütterungen oder Stößen beibehält. Außerdem dient der Positionierrahmen als Abstandshalter. Damit wird bei der Montage des Detektormoduls eine zu starke Komprimierung des Elastomerverbinders vermieden.

Vorzugsweise weist der Positionierrahmen Öffnungen und/oder Positionierstifte zum Ineinanderstecken mit an der Modulplatine und an der Schaltungsplatine angebrachten Positionierstiften und/oder Öffnungen auf. Durch die Öffnungen und Posi tionierstifte kann der Positionierrahmen exakt zur Modulplatine und zur Schaltungsplatine ausgerichtet werden, um eine zuverlässige Kontaktierung zwischen dem Elastomerverbinder und den Kontakten auf der Modulplatine und zwischen dem Elastomerverbinder und den Kontakten auf der Schaltungsplatine sicherzustellen.

Der Positionierrahmen kann zweckmäßigerweise mit der Modulplatine und der Schaltungsplatine verschraubt und/oder durch Schnappverbindungen verbunden werden. Durch die Verschraubung und/oder die Schnappverbindung wird eine notwendige Vorspannkraft, mit welcher der Elastomerverbinder in seiner gewünschten Position gehalten wird, sichergestellt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann auf der Schaltungsplatine zumindest ein integrierter Schaltkreis aufgenommen sein. Es kann sich dabei um einen anwendungsspezifisch integrierten Schaltkreis, einen so genannten ASIC handeln, wobei die Abstände der ersten und zweiten Kontaktpunkte im Raster 0,2 bis 0,8 Millimeter, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Millimeter, betragen können. Durch die genaue Abstimmung der Rasterteilung zwischen Modulplatine und Schaltungsplatine ist eine sichere elektrische Verbindung durch den Elastomerverbinder möglich, insbesondere, wenn die Golddrähte im Elastomerverbinder parallel angeordnet sind.

Zur Lösung der Aufgabe ist ferner ein Detektor für einen Röntgen-Computertomografen, vorgesehen, der eine Vielzahl von Detektormodulen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist. Somit kann der Detektor zukünftig Detektormodule mit erhöhter Qualität und erhöhter Leistungsfähigkeit aufnehmen, wodurch automatisch die Qualität und die Leistungsfähigkeit des Detektors gesteigert wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Detektormoduls;
2 eine perspektivische Darstellung des zusammengebauten Detektormoduls aus 1 und
3 eine Seitenansicht auf das zusammengebaute Detektormodul aus 2.
Die 1 bis 3 zeigen ein Detektormodul 1. Das Detektormodul 1 weist eine Szintillatoranordnung 2 und eine Fotodiodenanordnung 3 auf. Jeder Szintillator der Szintillatoranordnung 2 und jede einem der Szintillatoren zugeordnete Fotodiode der Fotodiodenanordnung 3 bilden zusammen ein Detektorelement. Die Fotodiodenanordnung 3 ist mit ihrer aktiven Seite der Szintillatoranordnung 2 zugewandt. Die Szintillatoranordnung 2 wandelt einfallende Röntgenstrahlen in Licht, welches von der Fotodiodenanordnung 3 in elektrische Signale umgewandelt wird. Die Fotodiodenanordnung 3 wird zusammen mit der auf ihr angebrachten Szintillatoranordnung 2 auf einer Modulplatine 4 angeordnet. Die Modulplatine 4 ist mit einer Vielzahl von ersten Kontaktpunkten 5 versehen. Die Anzahl der ersten Kontaktpunkte 5 entspricht genau der Anzahl der Detektorelemente, die mittels einer die Platine durchgreifenden Durchkontaktierung elektrisch mit den ersten Kontaktpunkten 5 verbunden sind. Ein elektrischer Elastomerverbinder 6 wird mittels eines Positionierrahmens 7 zwischen der Modulplatine 4 und einer eine Auswerteelektronik 8 aufnehmenden Schaltungsplatine 9 angeordnet. Auf der in den 1 bis 3 nicht sichtbaren Seite der Schaltungsplatine 9 befinden sich ebenfalls hier nicht gezeigte zweite Kontaktpunkte, die mit den ersten Kontaktpunkten 5 durch den elektrischen Elastomerverbinder 6 zu verbinden sind. Die ersten 5 und die zweiten Kontaktpunkte sind im selben Raster angeordnet. Die durch die Kontaktpunkte gebildeten Raster sind deckungsgleich. Der Elastomerverbinder 6 weist eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter Golddrähte mit einem Durchmesser von höchstens 50 Mikrometer auf.
Die Golddrähte sind parallel zur kürzesten Kante des Elastomerverbinders 6 angeordnet, d. h. sie stehen senkrecht zu einer Auflagefläche des Elastomerverbinders 6. Die Golddrähte werden bei der Montage des Elastomerverbinders 6 zwischen der Modulplatine 4 und der Schaltungsplatine 9 an den entsprechenden miteinander zu verbindenden Kontaktpunkten in Verbindung gebracht. Der Positionierrahmen 7 positioniert den Elastomerverbinder 6 exakt in die gewünschte Position auf die ersten Kontaktpunkte 5 und auf die zweiten Kontaktpunkte. Um diese Positionierung sicher realisieren zu können, weist der Positionierrahmen 7 Positionierstifte 10 auf, die in Positionieröffnungen 11 und 12 bei der Montage des Detektormoduls 1 ineinander greifen. Ferner weist der Positionierrahmen 7 Schnapphaken 13 auf, die in entsprechend vorgesehene Öffnungen 14 bei der Montage des Detektormoduls 1 einschnappen. Außerdem kann das Detektormodul 1 mit hier nicht näher dargestellten Schrauben, die in Öffnungen 15, 16 und 17 eingeschraubt werden können, zusammengehalten werden. Dabei sorgen die Schnapp- und die Schraubverbindung für eine Vorspannkraft, die den Elastomerverbinder 6 in seiner gewünschten Position hält. Damit der Elastomerverbinder 6 durch die Vorspannkraft nicht unzulässig stark komprimiert wird, hat der Positionierrahmen 7 gleichzeitig die Funktion eines Abstandshalters. Die Schaltungsplatine 9 weist einen überstehenden Bereich 18 auf, auf dem die Auswerteelektronik 8 angeordnet ist. Durch die Anordnung der Auswerteelektronik 8 auf dem überstehenden Bereich 18, soll die Auswerteelektronik 8 vor einer auf die Detektorelemente 1 auftreffenden Röntgenstrahlung geschützt werden.
Die mittels der Auswerteelektronik 8 digitalisierten Signale werden über einen konventionellen Steckverbinder 19 an die Systemelektronik weitergeleitet.

Claims

Detektormodul (1), mit einer Vielzahl von Detektorelementen, die jeweils mit einem ersten Kontaktpunkt (5) versehen sind, und einer zweite Kontaktpunkte aufweisenden Schaltungspiatine (9), wobei die ersten (5) und die zweiten Kontaktpunkte in einem deckungsgleichen Raster angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (5) und die zweiten Kontaktpunkte mittels eines elektrischen Elastomerverbinders (6) elektrisch verbunden sind und dass die Schaltungsplatine (9) einen überstehenden Bereich (18) aufweist, auf dem eine Auswerteelektronik (8) angeordnet ist.
Detektormodul (1) nach Anspruch 1, wobei der elektrische Elastomerverbinder (6) zueinander parallel angeordnete elektrisch leitende Strukturen aufweist.
Detektormodul (1) nach Anspruch 2, wobei die parallel angeordneten elektrisch leitenden Strukturen Golddrähte sind.
Detektormodul (1) nach Anspruch 3, wobei die Golddrähte in ein plattenförmiges Elastomersubstrat eingearbeitet sind.
Detektormodul (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Golddrähte einen Durchmesser von höchstens 50 Mikrometern aufweisen.
Detektormodul (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Golddrähte zueinander einen Abstand von unter 0,05 Millimetern aufweisen.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Elastomerverbinder (6) in einem Positionierrahmen (7) zwischen einer die Detektorelemente aufnehmenden Modulplatine (4) und der Schaltungsplatine (9) aufgenommen ist.
Detektormodul (1) nach Anspruch 7, wobei der Positionierrahmen (7) Öffnungen und/oder Positionierstifte (10) zum Ineinanderstecken mit an der Modulplatine (4) und an der Schaltungsplatine (9) angebrachten Öffnungen (11, 12) und/oder Positionierstiften (10) aufweist.
Detektormodul (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Positionierrahmen (7) mit der Modulplatine (4) und der Schaltungsplatine (9) verschraubt ist.
Detektormodul (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Positionierrahmen (7) mit der Modulplatine (4) und der Schaltungsplatine (9) durch Schnappverbindungen verbunden ist.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Schaltungsplatine (9) zumindest ein integrierter Schaltkreis aufgenommen ist.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstände der ersten (5) und zweiten Kontaktpunkte im Raster 0,2 bis 0,8 Millimeter, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Millimeter, betragen.
Detektor für einen Röntgen-Computertomografen, wobei er eine Vielzahl von Detektormodulen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.