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Die Erfindung betrifft allgemein
elektronische Arrays (Anordnungen) und mehr im Einzelnen Verfahren
zur Herstellung einer elektronischen Sensor-Array (Anordnung).
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Elektronische Sensoren und Transmitter werden
oft in Arrays angeordnet, um Daten in einem zweidimensionalen Format
zu übermitteln
oder zu empfangen oder um eine jeweils gewünschte Auflösung in einem gegebenen Bereich
zu erzielen. So enthält
z.B. wenigstens ein bekannter Sensor eine Fotodiode mit einer Reihe
von fotoempfindlichen Pixeln, die an ein szintillierendes Medium
angekoppelt sind, wobei das Ganze auch als eine Array von Szintillatorzellen
aufgebaut sein kann. Unter dem Einfluss von Röntgenstrahlenergie erzeugt
der Szintillator optische Photonen, die ihrerseits die darunter
liegenden fotoempfindlichen Pixel in der Fotodiode erregen, wodurch
ein elektrisches Signal erzeugt wird, das dem einfallenden Photonenfluss
entspricht.
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Bei der Herstellung eines Sensors
werden eine Anzahl Bondpads (Anschlusskontaktstellen) ausgebildet,
die eine elektrische Verbindung mit dem jeweils gewünschten
Sensor oder Transmitter herstellen. Diese Bondpads sind normalerweise
auf einer oder auf mehreren Oberflächen des Sensors angeordnet,
d.h. auf der Sensoroberfläche,
die das aktive Gebiet oder aktive Elemente beinhaltet. In dem speziellen
Fall eines Röntgenstrahlsensors
sind die Bondpads oft an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Oberseite
des Sensors angeordnet. Das bedeutet, dass, wenn eine Anzahl einzelner
Sensoren zu in einer einzigen linearen zusammengesetzten Array zusammengesetzt
werden, die Anordnungsstelle der Bondpads einen Verbindungsbereich auf
zwei Seiten der Array ergibt. Diese Verbindungsbereiche verhindern
aber die Anordnung der Sensoren in durchgehenden zweidimensionalen
Arrays.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Unter einem Gesichtspunkt wird eine
nach Art von Fliesen oder Kacheln („kachelfähig" – tileable)
auflegbare Sensor-Array geschaffen. Die kachelfähige (tileable) Sensor-Array enthält ein Substrat
mit einer Vorderseite und einer Rückseite, eine Anzahl Wandler,
die auf der Vorderseite des Substrats angeordnet sind, eine Anzahl
Eingangs-/Ausgangsverbindungselemente, die auf der Rückseite
des Substrats angeordnet sind, wobei die Eingangs-/Ausgangsverbindungselemente
mit den Wandlern elektrisch gekoppelt sind, wenigstens eine elektronische
Einrichtung und eine Zwischenlage, die zwischen dem Substrat und
der elektronischen Einrichtung angeordnet ist, wobei die Zwischenlage
ein Mehrschicht-Verbindungssystem aufweist, das so aufgebaut ist,
dass es eine Verbindung mit den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen der
elektronischen Einrichtung herstellt.
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Unter einem anderen Aspekt wird ein
kachelfähiger
Sensor-Array-Bausatz geschaffen. Der Bausatz enthält eine austauschbare
Sensor-Array, wenigstens eine abnehmbare Signalverarbeitungsschaltung
und ein erstes flexibles, austauschbares Mehrschicht-Verbindungssystem,
das zwischen der austauschbaren Transistor-Array und der Signalverarbeitungsschaltung
angeordnet ist und ein zweites flexibles, austauschbares Mehrschicht-Verbindungssystem,
das zwischen der austauschbaren Transistor-Array und zwischen der
Signalverarbeitungsschaltung angeordnet ist; das erste Mehrschicht-Verbindungssystem
ist dabei unterschiedlich von dem zweiten Mehrschicht-Verbindungssystem
aufgebaut.
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Unter einem weiteren Gesichtspunkt
wird ein Verfahren zur Herstellung einer kachelfähigen Sensor-Array geschaffen.
Das Verfahren beinhaltet das Aufbringen einer Anzahl Wandler auf
eine Vorderseite eines Substrats, Herstellen einer Anzahl von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen oder
-verbindungselementen auf der Rückseite
des Substrats, derart, dass die Eingangs-/Ausgangsverbindungselemente
mit den Wandlern elektrisch gekoppelt sind und das Einfügen einer
Zwischenlage zwischen dem Substrat und einer elektronischen Einrichtung,
wobei die Zwischenlage ein Mehrschicht-Verbindungssystem aufweist,
das so gestaltet ist, dass es die Eingangs-/Ausgangsverbindungselemente
mit der elektronischen Einrichtung elektrisch verbindet.
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Unter einem noch anderen Gesichtspunkt wird
ein kachelfähiger
Sensorarray-Bausatz geschaffen. Der Bausatz enthält ein erstes, austauschbares Substrat
mit einer Anzahl Sensoren, ein zweites, austauschbares Substrat
mit einer Anzahl Wandler (Transmitter), ein flexibles austauschbares
Mehrschicht-Verbindungssystem, das zwischen wenigstens einem der
austauschbaren Substrate und dem zweiten austauschbaren angeordnet
ist und wenigstens eine abnehmbare Signalverarbeitungsschaltung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine bildliche Veranschaulichung eines Teils einer Sensor/Wandler-Array;
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2 ist
eine Seitenansicht eines Teils der in 1 dargestellten
Wandler-Array;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite einer Zwischenlage;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite, der in 3 dargestellten Zwischenlage,
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Einrichtung;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
der in 5 veranschaulichten
elektronischen Einrichtung;
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7 ist
einer perspektivische Ansicht einer Zwischenlage;
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8 ist
eine bildliche Veranschaulichung einer Anzahl von Sensor-Wandler-Arrays,
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9 ist
eine Draufsicht auf einen ersten Wandler-Array Bausatz;
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10 ist
eine Draufsicht auf einen zweiten Wandler-Array-Bausatz;
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11 ist
eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Teils einer
flächig
auflegbaren Sensor-Array.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 ist
ein Teil einer nach Art von Fliesen anordbaren („kachelfähigen" – tileable)
Sensor-Array 10, die ohne darauf beschränkt zu sein, bei einem System
wie einem computertomographischen bildgebenden System, einem Magnetresonanz
bildgebenden System, einem Positronen-Emissions-Tomographischen
System (PET) und einem Multi-Computertomographischen bildgebenden
System verwendet werden kann.
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2 ist
eine Seitenansicht eines Teils der in 1 dargestellten
Sensor-Array. Ein Wandler beschreibt, so wie der Ausdruck hier verwendet
wird, eine Vorrichtung zum Umsetzen eines Schall- und/oder Temperatur-
und/oder Druck- und/oder Licht-
und/oder eines anderen Signals in ein elektronisches Signal oder
umgekehrt aus einem elektronischen Signal. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform
beinhaltet die Sensor-Array 10 eine Anzahl Wandler 12,
die so aufgebaut sind, dass sie jeweils ein Eingangssignal empfangen
und ein zweckentsprechendes elektrische Ausgangssignal abgeben können. So
beinhaltet die Wandler-Array 10 z.B. eine Anzahl von Sensorvorrichtungen,
wie etwa und nicht beschränkt
auf eine Fotodiode, eine von hinten beleuchtete (back illuminated)
Fotodiode, einen Schallsensors, d.h. einen Sensor der zum Erfassen
von Schallschwingungen eingerichtet ist, einen Temperatursensor
und einen elektromagnetischen Strahlungssensor.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann
die Sensor-Array 10 eine Anzahl Wandler 12 beinhalten,
die auf ein Substrat 14 aufgebracht sind. Bei einer Ausführungsform
enthält
die Sensor-Array 10 eine Zwischenlage 16 und eine
elektronische Einrichtung 18, die mit der Zwischenlage 16 elektrisch gekoppelt
ist. Bei einer anderen Ausführungsform
ist die elektronische Einrichtung 18 mit dem Substrat 14 ohne
Verwendung einer Zwischenlage 16 elektrisch gekoppelt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind
die Wandler 12 auf eine erste Seite 20 des Substrats 14 aufgebracht,
und entweder die Zwischenlage 16 und/oder die elektronische
Einrichtung 18 ist mit einer zweiten Seite 22 des
Substrats 14 elektrisch gekoppelt.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite 30 der
Zwischenlage 16. 4 ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Seite 32 der Zwischenlage 16.
Die erste Zwischenlagenseite 30 weist eine Anzahl Eingangs-/Ausgangs
(I/O)-Verbindungselemente 34 auf. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform
enthält
das Substrat 14 eine Anzahl (nicht dargestellter) I/O-Verbindungselemente,
die so angeordnet sind, dass zwischen einem jeweils gewünschten
I/O-Verbindungselement 34 auf
der ersten Zwischenlagenseite 30 und einem entsprechenden,
jeweils gewünschten
I/O-Verbindungselement, das auf der zweiten Substratseite 22 angeordnet
ist, eine elektrische Verbindung hergestellt ist. Demgemäß ist die
zweite Substratseite 22 mit der ersten Zwischenlagenseite 30 unter
Verwendung der I/O-Verbindungselemente 34 und der auf der
zweiten Substratseite 22 angeordneten I/O-Verbindungselemente
elektrisch gekoppelt. Die Zwischenlage 16 weist außerdem eine
Länge 36 und
eine Breite 38 auf. Bei einer Ausführungsform sind die Länge 36 und
die Breite 38 im Wesentlichen gleich einer Länge bzw.
einer Breite des Substrats 14. Bei einer anderen Ausführungsform
sind die Länge 36 und
die Breite 38 kleiner als eine Länge bzw. Breite des Substrats 14, wodurch
sich eine maximale Dichte von Sensor-Arrays und ein freier Raum
für nachfolgende
Montagevorgänge
ergeben. Bei einer Ausführungsform
weist die zweite Zwischenlagenseite 32 wenigstens ein elektrisches
Anschlusselement oder eine Anschlussbuchse 42 auf. Die
Anschluss buchse 42 enthält
eine Anzahl Eingangs-/Ausgangsanschlusselemente 44, wobei
jedes elektrische Anschlusselement 44 mit wenigstens einem
elektrischen Verbindungselement 34 auf der ersten Zwischenlagenseite 30 elektrisch
verbunden ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist die Zwischenlage 16 ein
Mehrschicht-Verbindungssystem auf, das eine Anzahl Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselemente
auf der ersten Seite 30 beinhaltet, die mit Eingangs-/Ausgangs-Anschlusselementen 44 auf
der zweiten Zwischenlagenseite 32 elektrisch so gekoppelt
sind, dass, wenn ein elektrisches Signal bei den Eingangs-/Ausgangs-Verbindungs-
bzw. Anschlusselementen 34 oder 44 empfangen wird,
dieses Signal durch ein entsprechendes Eingangs-/Ausgangs-Verbindungs-
bzw. Anschlusselement 34 bzw. 44 auf die gegenüberliegenden
Seite des Verbindungssystems 16 geleitet wird.
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Bei einer Ausführungsform sind die Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselemente 34 mit
entsprechenden, auf dem Substrat 14 angeordneten I/O-Verbindungselementen
unter Verwendung wenigstens einer der nachfolgend genannten Befestigungsarten
dauerhaft verbunden: Löten,
eines anisotropen elektrisch leitenden Films (ACF) oder einer entsprechenden
Paste (ACP), Ultraschallbonden, Thermosonikbonden Verbindung und
Thermokompressionsbonden.
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Bei einer anderen Ausführungsform
sind die Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselemente 34 mit den
auf dem Substrat 14 angeordneten entsprechenden I/O-Verbindungselementen
unter Verwendung einer zeitweiligen Verbindung, wie etwa aber nicht beschränkt auf
einen thermoplastischen Klebstoff, einschließlich eingebetteter leitender
Kontakte, einer Anzahl von Kohlenstoff-Nanofasern/-röhrchen,
einem Lötmittel
mit niedrigem Schmelzpunkt, einem elastomeren Verbindungsmittel
und einem metallplattierten oder mit Kontakthökern versehenen flexiblen Leitung
lösbar
gekoppelt.
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Bei einer Ausführungsform ist die Zwischenlage 16 ein
flexibles Verbindungsteil, das aus einem Material, wie etwa aber
nicht beschränkt
auf Metall, Polyimid, einem Aramid, einem Fluorkohlenwasserstoff
und einem Polyester hergestellt ist. Die Herstellung der Zwischenlage 16 aus
einem flexiblen Material ermöglicht
die Verwendung eines minimalen Aufwands von geometrischen Formen
und/oder besonderen Merkmalen sowie von Mehrschicht-Metallverbindungsmitteln.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Einrichtung 18.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
beinhaltet die elektronische Einrichtung 18 eine Anzahl
Signalverarbeitungsschaltungen 50. Die elektronische Einrichtung 18 weist
außerdem
eine Länge 52,
eine Breite 54, einer erste Seite 56, eine erste
Stirnseite 58 und eine zweite Stirnseite 60 auf.
Bei einer Ausführungsform
ist die erste Stirnseite 58 mit einem elektrischen Anschlussteil 62 versehen,
das eine Anzahl Eingangs-/Ausgangs-Anschlusselemente 64 aufweist,
die so gestaltet sind, dass sie mit den jeweils zugeordneten Eingangs-/Ausgangs-Anschlusselementen 44 in
der Anschlussbuchse 42 elektrisch kuppelbar sind. Die elektronische
Einrichtung 18 weist außerdem ein an der ersten Seite 56 angeordnetes
elektrisches Anschlussteil 66 auf. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform
ist das elektrische Anschlussteil 62 unter Verwendung einer
flexiblen, gedruckten Schaltung (Leiterplatte) ausgebildet. Das
elektrische Anschlussteil 66 weist eine Anzahl Eingangs-/Ausgangs-Anschlusselemente 68 auf,
die so gestaltet sind, dass sie über
Schaltungen 50 an jeweils zugeordnete Eingangs-/Ausgangs-Anschlusselemente 64 auf
der elektronischen Einrichtung 18 elektrisch angekoppelt
sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die elektronische
Einrichtung 18 und die Zwischenlage 16 unter Verwendung
der Anschlussbuchse 42 und eines elektrischen Anschlussteils 62 lösbar miteinander
gekuppelt. Bei einer anderen Ausführungsform ist die elek tronische
Einrichtung 18 dauerhaft an die Zwischenlage 16 angekuppelt.
Bei einer Ausführungsform
ist die elektronische Einrichtung 18 mit der Zwischenlage 16 so
gekuppelt, dass die elektronische Einrichtung 18 sich im
Wesentlichen rechtwinklig zu der Zwischenlage 16 erstreckt.
Die elektronische Einrichtung 18 enthält auch eine (nicht dargestellte)
flexible Schaltung, die mit dem elektrischen Anschlussteil 66 elektrisch
gekoppelt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die flexible
Schaltung ein flexibles elektrisches Kabel mit einer Anzahl elektrischer
Leiter, etwa wie aber nicht beschränkt auf ein flexibles Bandkabel.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
einer elektronischen Einrichtung 18, die ein elektrisches
Anschlussglied 63 mit einer (nicht dargestellten) flexiblen
Leiterplatte aufweist, die über
die erste Stirnseite 58 vorragt. Die flexible Schaltung 63 weist
eine Anzahl Eingangs-/Ausgangs-Verbindungsglieder 65 auf,
die so gestaltet sind, dass sie mit auf der zweiten Substratseite 22 angeordneten
jeweils zugeordneten Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselementen
elektrisch gekoppelt sind. Bei dieser Ausführungsform wurde die Zwischenlage 16 weggelassen.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht einer starren Zwischenlage 70.
Die Zwischenlage 70 weist eine erste Seite 72 und
eine zweite Seite 74 auf. Die erste Zwischenlagenseite 72 trägt eine
Anzahl (nicht dargestellter) Eingangs-/Ausgangs (I/O)-Anschlusselemente,
die so angeordnet sind, dass eine elektrische Verbindung zwischen
dem jeweils ausgewählten
I/O-Anschlusselement auf der ersten Zwischenlagenseite 72 mit
dem jeweils gewünschten
I/O-Verbindungselement auf der zweiten Substratseite 22 hergestellt
ist. Demgemäß ist die
zweite Substratseite 22 mit der ersten Zwischenlagenseite 72 unter
Verwendung der auf der Zwischenlage 70 angeord neten I/O-Anschlusselemente
und der auf der zweiten Substratseite 22 angeordneten I/O-Verbindungselemente
elektrisch gekoppelt. Die Zwischenlage 70 weist außerdem eine
Länge 76 und
eine Breite 78 auf. Bei einer Ausführungsform ist die Länge 76 und
die Breite 78 näherungsweise
gleich einer Länge
bzw. einer Breite des Substrates 14. Bei einer anderen
Ausführungsform
ist die Länge 76 und
eine Breite 78 kleiner als eine Länge bzw. einer Breite des Substrats 14, womit
sich eine maximale Dichte von Sensor-Arrays und ein Freiraum für nachfolgende
Montagevorgänge
ergeben. Die erste Zwischenlagenseite 72 enthält wenigstens
eine elektrische Anschlusseinrichtung oder -buchse 82.
Die Buchse 82 enthält
eine Anzahl Eingangs-/Ausgangs-Anschlusselemente 84, wobei jedes
elektrische Anschlusselement 84 mit wenigstens einem elektrischen
Anschlusselement auf der ersten Zwischenlagenseite 72 elektrisch
gekoppelt ist, d.h. die Zwischenlage 70 bildet ein Mehrschicht-Verbindungssystem
mit einer Anzahl-/Ausgangs-Anschlusselemente
auf der ersten Seite 72, die mit auf der zweiten Substratseite 22 angeordneten
Eingangs-/Ausgangsverbindungselementen elektrisch
derart gekoppelt sind, dass beim Empfang eines elektrischen Signals
entweder an den Eingangs-/Ausgangs-Anschlusselementen auf der Zwischenlage 70 oder
den Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselementen auf der zweiten Substratseite 22 das
elektrische Signal zu einem jeweils entsprechenden Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselement
auf der gegenüberliegenden
Seite der Zwischenlage 70 geleitet wird. Bei einer Ausführungsform
weist die Zwischenlage 70 eine Anzahl Signalverarbeitungsschaltungen 90 auf,
die näherungsweise
parallel zur ersten Zwischenlagenseite 72 angeordnet sind.
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Bei einer Ausführungsform sind die Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselemente
auf der zweiten Zwischenlagenseite 74 mit den jeweils entsprechenden
auf dem Substrat 14 angeordneten I/O-Verbindungselementen
unter Verwendung wenigstens einer der nachfolgenden Verbindungstechniken
dauerhaft gekoppelt: Lötmittel,
anisotroper leitender Film (ACF) oder anisotrope leitende Paste (ACP),
Ultraschallbonding, Thermosonikbonding und eine Thermokompressionsbonding.
Bei einer anderen Ausführungsform
sind die Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselemente auf der zweiten
Zwischenlagenseite 74 mit den jeweils entsprechenden, auf
den Substrat 14 angeordneten I/O-Verbindungselementen lösbar unter
Verwendung einer zeitweiligen Verbindungstechnik gekoppelt, wie
etwa und nicht beschränkt
auf einen thermoplastischen Klebstoff, einschließlich eingebetteter leitender
Kontakte, eine Anzahl Kohlenstoff-Nanofasern/-röhrchen, einem Lötmittel
niedriger Schmelztemperatur, einem elastomeren Verbindungsmittel
und einer metallplattierten oder mit Kontakthökern versehenen flexiblen Leitung.
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8 ist
eine bildliche Veranschaulichung einer Sensor-Array 100,
die eine Anzahl Sensoren 10 aufweist. Wie dargestellt,
sind die Sensoren 10 in einer zweidimensionalen Array angeordnet.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
kann die Sensor-Array 100 je nach der Menge der Zeilen-
und Spaltenanordnung einzelner Sensoren mit jeder zweckentsprechenden
Größe oder
Abmessung ausgeführt sein,
derart, dass sich ein jeweils zweckentsprechender Aufbau ergibt,
der mit der jeweiligen Anwendung bei der Bildgebung oder bei der
Charakterisierung ausgewählter
physikalischer Flächen
oder Volumen von physikalischen Objekten, Energiefeldern, bei der Bildauflösung, etc.
kompatibel ist. Eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensor-Array
ist ein zweidimensionales Gebilde, das so aufgebaut ist, dass es eine
gekrümmte
Fläche
annähert.
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9 ist
eine Draufsicht auf einen Sensor-Array-Bausatz 110. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform
beinhaltet der Sensor-Array-Bausatz 110 eine Anzahl Wandler 12, die
auf ein Substrat 14 aufgebracht sind und eine Anzahl flexibler
Zwischenlagen 16. Bei einer exemplarischen Ausführungsform weisen
die Zwischenlagen 16 eine erste Zwischenlage 112 und
eine zweite Zwischenlage 114 auf, wobei die erste Zwischenlage 112 mit
der zweiten Zwischenlage 114 austauschbar ist. Zusätzlich weist
die erste Zwischenlage 112 ein erstes Mehrschicht-Verbindungssystem
auf, während
die zweite Zwischenlage 114 ein zweites Mehrschicht-Verbindungssystem
beinhaltet, das anders wie das erste Mehrschicht-Verbindungssystem
gestaltet ist. So haben z.B. die Zwischenlagen 112, 114 die
gleichen Eingangs-/Ausgangs-Verbindungselemente
zur Ankopplung an das Substrat 14 und die elektronische Einrichtung 18,
aber das Mehrschicht-Verbindungssystem weist unterschiedliche Verdrahtungen
auf. Der Sensor-Array-Bausatz 110 enthält auch eine elektronische
Einrichtung 18, wie etwa aber nicht beschränkt auf
eine Signalverarbeitungsschaltung, die so ausgelegt ist, dass sie
entweder an das Substrat 14 und/oder Zwischenlagen 16 lösbar angekoppelt ist.
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10 ist
eine Draufsicht auf einen Sensor-Array-Bausatz 120. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform
enthält
der Sensor-Array-Bausatz 120 eine Anzahl Substrate 14 mit
einer Anzahl auf das jeweilige Substrat 14 aufgebrachter
Wandler 12 und eine flexible Zwischenlage 16.
Bei eine beispielhaften Ausführungsform
enthält
der Transistor-Array-Bausatz 120 ein
erstes Substrat 122 mit einer Anzahl Sensoren 12 und
ein zweites Substrat 124 mit einer Anzahl Wandler 12,
wobei das erste Substrat 122 mit dem zweiten Substrat 124 austauschbar
ist. Der Sensor-Array-Bausatz 112 enthält auch eine elektronische
Einrichtung 18, etwa aber nicht beschränkt auf eine Signalverarbeitungsschaltung
(signal processor), die so gestaltet ist, dass sie lösbar an das
Substrat und/oder die Zwischenlage 16 angekoppelt ist.
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11 ist
eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Teils einer
kachelfähigen (tileable)
Sensor-Array 130. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
enthält
die kachelfähige
Sensor-Array 130 eine Anzahl Wandler 12, die auf
ein Substrat 14 aufgebracht sind. Die Sensor-Array 130 beinhaltet auch
eine flexible Leiterplatte 132, die an das Substrat 14 und
eine elektronische Einrichtung abnehmbar angekuppelt ist. Bei einer
Ausführungsform
weist die flexible Leiterplatte 132 eine etwa 90° Biegung
auf, die so gestaltet ist, dass sie an die zweite Substratseite 22 ankuppelbar
ist. Bei einer anderen Ausführungsform
weist die flexible Leiterplatte 132 eine Abbiegung zwischen
etwa 0° und
etwa 90° auf,
derart, dass die flexible Leiterplatte 132 sich etwa rechtwinklig
von der zweiten Substratseite 22 weg erstreckt. Bei der
Benutzung ist die elektronische Einrichtung derart gestaltet, dass
sie Signale zu einer Anzahl auf eine erste Substratseite 20 aufgebrachter
Wandler 12 leitet und Signale von einer Anzahl auf eine
erste Substratseite 20 aufgebrachter Wandler empfängt. Die
Sensor-Array 130 kann, bspw. unter Verwendung der jeweils
gewünschten
Wandler 12, als Wandler oder Empfänger ausgebildet sein.
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Bei der Benutzung erleichtert eine
Sensor-Array 100 den Aufbau einer Anzahl nebeneinander
liegender Sensor-Arrays 130 so dass ein größerer Bildbereich
oder ein größeres Bildvolumen
abgebildet werden können.
Beispielsweise durch Anordnung der I/O-Kohntaktstellen auf der Rückseite
eines Substrats können
eine Anzahl Sensor-Arrays 130 sowohl in der X- als auch
in der Y-Achse stumpf aneinander stoßend nebeneinander angeordnet
werden, um damit durchgehende Arrays, Blockgruppen (Tiles) und Paneele
etc. auszubilden. Außerdem
kann eine elektrische Verbindung zu den Sensor-Arrays 130 durch
Verwendung eines elektrischen Verbindungssystems, wie etwa eines
flexiblen Verbindungssystems, z.B. eines Metall- auf-Polyimidfilms, etc., hergestellt
werden, wobei die I/O-Kontaktstellen auf
der Rückseite
der Sensor-Array 130 angebracht sind, um auf diese Weise
die Signalübertragung
von den Sensor-Arrays zu dem System wie auch die Installation und
Abnahme der Sensor-Arrays ohne Behinderung oder Beschädigung benachbarter
Systemkomponenten zu erleichtern.
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Darüberhinaus könnte auch eine Baugruppe (package)
hoher Dichte, die eine Anzahl Signalprozessoren, Analogdigitalwandler
oder anderer elektronischer Geräte
beinhaltet, auf, bei oder neben dem Sensor 130 angeordnet
werden, um dadurch zur Verbesserung der elektrischen Leistungsfähigkeit
und der Systemfunktion beizutragen. Dadurch, dass diese elektrischen
Funktionen und Komponenten in unmittelbarer Nähe der Sensor- oder Vorrichtungs-Arrays
angeordnet werden, können
die Systemfunktion und die Leistungsfähigkeit des Systems verbessert werden.
Diese Verbesserungen ergeben sich sowohl aus kürzeren Signalweglängen bei
Komponente-zu-Komponente und Komponente-zu-System-Verbindungen als
auch aus einer Verringerung der Zahl der Systemverbindungen, was
dadurch zustande kommt, dass Digitalsignale multiplexed werden können, die
anschließend
an die Umsetzung ihrer unter Verwendung der Sensorpixel, der Kanäle, etc.,
erfasster analoger Gegenstücke
zur Verfügung
stehen. Darüberhinaus
kann, weil die Elektronik unter einem Winkel gegenüber dem
Substrat angeordnet ist, eine größere Menge
Elektronik an die Sensor-Array elektrisch angekoppelt werden, da
die Leiterplatte auf jede jeweils gewünschte Länge verlängert werden kann, um die Ankopplung
einer beliebigen, jeweils erforderlichen Menge von Elektronik zu
ermöglichen. Insbesondere
kann die flexible Leiterplatte mit einer größeren Flächenerstreckung der Oberseite
hergestellt werden als der Flächenerstreckung
der Oberseite des Substrats entspricht.
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Darüberhinaus begünstigt die
Verwendung des Sensors 10 mit auf seiner Rückseite
angeordneten elektrischen Kontakten, wobei, z.B. ein Sensor und
eine Verbindungseinrichtung, bspw. in Form eines flexiblen Metall-auf-Polyamidfilms,
der an den I/O-Kontaktstellen des Substrats befestigt ist, die Vergrößerung der
I/O-Anschlusselementenmenge, weil Geräteanschluss-I/Os oft entweder
in einzelnen, in linearen oder in flächenhaften Anschlussstellen-Arrays
angeordnet sind, wobei eine Flächen-Array
die größte Dichte
von I/O-Anschlüssen oder
-Verbindungen ergibt. Bei der durch Flächen-Arrays erzeugten Dichte
von I/O-Anschlüssen
oder -Verbindungen erlaubt eine feine Teilung (kleiner als 1 mm), die
flexible Verbindungsmittel benutzt, die Erzielung einer großen Leistungsfähigkeit
und einer sehr zuverlässigen
elektrischen Verbindung. Dadurch, dass außerdem die elektronische Einrichtung
bei oder nahe bei dem Sensor angeordnet ist, lassen sich zusätzliche
Verbesserungen auf dem Gebiet elektrischer und funktioneller Leistungsfähigkeit,
Verringerung des Rauschens und der Verringerung der I/O-Anschlüsse oder
-Verbindungen des Systems erzielen. Diese Verbesserungen ergeben
sich aus den kleineren Verbindungslängen, z.B. der Verbindung von
einem Sensor zu einer Systemverstärkung und daraus, dass es möglich ist,
eine Signalverstärkung, -verarbeitung,
-konditionierung, etc. vor der Übertragung
der Signale auf das System in parallelem oder seriellem Format zu
implementieren. Außerdem
können
eine elektrische Abschirmung und eine Abschirmung gegen Umwelteinflüsse zum
Schutz der Signale gegen unerwünschte
Interferenzen und Signalbeeinträchtigung
dadurch vorgesehen werden, dass geeignete Materialien, z.B. Wolfram,
diamantähnlicher
Kohlenstoff, Kupfer, etc. eingebettet oder auf die Rückseite
des Sensors aufgebracht werden, oder dass ein Metall-auf-Polyimid-Film
oder Miniaturpakete an dem Verbindungssystem oder den Verbindungssystemen
befestigt oder in der Sensorsystemkapslung untergebracht werden.
Nach der Zusammenschaltung und der Abpackung der Systemkomponenten
zur Erzielung einer Minia turpackungsgröße mit einem rückseitigem
I/O-Anschluss in der beschriebenen Weise könnten die Sensoren in zweidimensionalen
Arrays angeordnet werden. Diese zweidimensionalen Arrays, die dadurch
ermöglicht
sind, dass keine I/O-Anschlüsse
an dem Geräteumfang angeordnet
oder vorgesehen sind, können
in jeder beliebigen Größe oder
Abmessung, je nach der Menge und Anordnung von Zeilen und Spalten
einzelner Sensoren, ausgebildet werden, derart, dass sich der jeweils
gewünschte
Aufbau ergibt, der mit der jeweiligen Anwendung bei der Bildgebung
oder der Charakterisierung jeweils gewünschter physikalischer Flächen oder
Volumen von physikalischen Objekten, Energiefeldern, etc., kompatibel
ist.
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Bei einer anderen Implementierung
kann eine starre, halbstarre oder flexible Zwischenlage an den auf
der Rückseite
oder der Oberseite des Sensors angeordneten I/O-Anschlüssen befestigt
werden, bevor die Hilfs- oder Systemelektronik montiert oder angebracht
wird. Diese Zwischenlage kann dazu dienen I/O-Anschlüsse umzugestalten,
fächerartig
zusammenzuführen
oder aufzufächern,
wie auch eine eingebettete oder angefügte Abschirmung zu erzielen
und ein Substrat oder eine Montagebasis für Systemelektronik, Komponenten
etc. zu liefern. Darüberhinaus
kann die Zwischenlage auch so konstruiert sein, dass sie mechanischen
oder thermischen Leistungsanforderungen genügt.
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Wenngleich die Erfindung anhand verschiedener
spezieller Ausführungsformen
beschrieben worden ist, so versteht sich für den Fachmann doch, dass die
Erfindung auch mit Abwandlungen innerhalb des Schutzbereichs der
Patentansprüche
ausgeführt werden
kann.
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- 10
- nach
Art von Fliesen (Kacheln) verlegbare –
-
- „kachelfähige"-Sensor-Array
- 12
- Anzahl
Wandler
- 14
- Substrat
- 16
- Zwischenlage
- 18
- elektronische
Einrichtung
- 20
- erste
Substratseite
- 22
- zweite
Substratseite
- 30
- erste
Zwischenlagenseite
- 32
- zweite
Zwischenlagenseite
- 34
- Eingangs-/Ausgangsverbindungselement
- 36
- Länge
- 38
- Breite
- 42
- Buchse
- 44
- Eingangs-/Ausgangsanschlusselement
- 50
- Signalverarbeitungsschaltungen
- 52
- Länge
- 54
- Breite
- 56
- erste
Seite
- 58
- erste
Stirnseite
- 60
- zweite
Stirnseite
- 62
- elektrischen
Anschlussteil
- 63
- elektrisches
Anschlussglied
- 64
- Eingangs-/Ausgangsanschlusselemente
- 65
- Eingangs-/Ausgangsverbindungsglieder
- 66
- elektrisches
Anschlussteil
- 68
- Eingangs-/Ausgangsanschlusselemente
- 70
- starre
Zwischenlage
- 72
- erste
Zwischenlagenseite
- 74
- zweite
Zwischenlagenseite
- 76
- Länge
- 78
- Breite
- 82
- Anschlussbuche
- 84
- Anschlusselement
- 90
- Signalverarbeitungsschaltungen
- 100
- Sensor-Array
- 110
- Sensor-Array-Bausatz
- 112
- erste
Zwischenlage
- 114
- zweite
Zwischenlage
- 120
- Transistor-Array-Bausatz
- 122
- erstes
Substrat
- 124
- zweites
Substrat
- 130
- Sensor-Array
- 172
- flexible
Leiterplatte (printed circuit board)