ES2704283T3 - Dispositivo de formación de imágenes de rayos X y rayos gamma - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de rayos X y rayos gamma que comprende: un sustrato detector (90), teniendo el sustrato detector (90) una superficie de electrodo (92) y una superficie de pixeles (94) opuesta a la superficie de electrodo (92), estando dispuesto el sustrato detector (90) para convertir dicha energía de radiación, que incide sobre la superficie de electrodo (92), en cargas eléctricas, teniendo la superficie de electrodo (92) un electrodo de contacto continuo dispuesto sobre la misma, y teniendo la superficie de píxeles (94) una pluralidad de electrodos colectores de píxeles (102) dispuestos sobre la misma y contactos de píxel asociados dispuestos sobre los electrodos colectores de píxeles correspondientes (102), recogiendo los electrodos colectores de píxeles (102) las cargas eléctricas y formando un patrón de pixeles (100) y estando los contactos de píxeles dispuestos en un patrón de contactos de píxeles; un sustrato de lectura ASIC (130) que comprende una pluralidad de circuitos de píxel y que tiene una superficie de lectura (134) dispuesta enfrente de la superficie de pixeles (94) del sustrato detector (90), teniendo cada uno de los circuitos de píxel un contacto de transmisión eléctrica (136) procesado en la superficie de lectura (134) en un patrón de contactos de transmisión, siendo los contactos de transmisión entradas a los circuitos de píxel (132) del sustrato de lectura ASIC (130), y una pluralidad de contactos E/S eléctricos (140) dispuestos en la superficie de lectura (134) en un patrón de contactos E/S, siendo los contactos E/S (140) los contactos eléctricos de entrada y salida para el sustrato de lectura ASIC (130); un sustrato intermedio (170) dispuesto entre el sustrato detector (90) y el sustrato de lectura ASIC (130), y que tiene una cara de entrada (172) adyacente a la superficie de píxeles (94) y una cara de salida (174) adyacente a la superficie de lectura (134), una pluralidad de pasos vía conductores discretos (178), teniendo los pasos (178) un primer extremo en la cara de entrada (172) dispuesto en un patrón de pasos de entrada correspondiente al patrón de píxeles y un segundo extremo en la cara de salida (174) dispuesto en un patrón de pasos de salida correspondiente al patrón de contactos de transmisión; y unos enlaces eléctricamente conductores (224) que conectan discretamente cada contacto de píxel en el patrón de píxeles con el primer extremo del correspondiente paso vía conductor (178) del patrón de pasos de entrada, y que conectan cada contacto de transmisión (136) en el patrón de contactos de transmisión con el segundo extremo del paso vía conductor correspondiente (178) del patrón de pasos de salida, y que conectan cada contacto E/S (140) en el patrón de contactos E/S con el contacto de cable correspondiente en el patrón de contactos de cable sobre el sustrato intermedio (170), caracterizado por que el sustrato intermedio (170) tiene una pluralidad de contactos de cable en la cara de salida (174) dispuestos en un patrón de contactos de cable correspondiente al patrón de contactos E/S en la superficie de lectura (134), estando los contactos de cable en comunicación eléctrica con unas plaquitas de unión de cables montadas (200) en un borde periférico del sustrato intermedio (170).
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de formación de imágenes de rayos X y rayos gamma
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de los dispositivos semiconductores para detectar y analizar imágenes de energía radiante de rayos X y rayos gamma por encima de 1 keV. Más específicamente, la presente invención se refiere a tales dispositivos en los que el análisis de imágenes se produce por medio de energía radiante incidente en el dispositivo que produce un flujo de corriente entre dos puntos accesibles eléctricamente sobre dos sustratos semiconductores diferentes separados por un sustrato intermedio.
Antecedentes de la invención
Durante los últimos diez años, la formación de imágenes por radiación digital ha ido sustituyendo gradualmente a la formación de imágenes por radiación convencional en las que el medio de grabación es una película o un dispositivo analógico, tal como un intensificador de imagen. En la actualidad, existen varios dispositivos de este tipo que pueden realizar formación de imágenes por radiación digital. En algunos casos, la radiación incidente se detecta y se convierte localmente en una señal electrónica que luego se recoge en los contactos de recogida/píxel y luego se transmite a los circuitos de lectura que realizan diversas funciones, incluida la digitalización. En otros casos, la radiación se detecta y se convierte en luz, que luego se convierte en una señal electrónica y, posteriormente, se lee y digitaliza. Los primeros casos se denominan "detección de radiación directa", y los segundos casos se denominan "detección de radiación indirecta".
Los dispositivos de detección de radiación directa comprenden típicamente un sustrato detector semiconductor unido de manera conductiva a un sustrato de lectura semiconductor. El sustrato detector está hecho de un material fotoconductor que convierte la radiación entrante en señales electrónicas. El sustrato de lectura acumula tales señales electrónicas, las procesa y las lee. Existen diferentes tipos de tecnologías de sustrato foto-conductor y diferentes tecnologías de sustrato de lectura. La Tabla I resume en términos generales diversos tipos de tecnologías de formación de imágenes digitales por radiación directa y enumera los casos típicos de cada grupo tecnológico. Los siguientes términos, tal como se emplean en esta memoria, tienen su significado estándar en la literatura electrónica: CCD significa dispositivo acoplado de carga, ASIC significa circuito integrado de aplicación específica, TFT significa formación de transistores de película delgada. Los detectores son materiales o dispositivos cuya respuesta a la energía de rayos X se utiliza para indicar la presencia o la cantidad de radiación incidente en el detector. Los rayos X son radiación electromagnética que se encuentra en un intervalo entre “rayos cósmicos” y “rayos ultravioletas”. Este intervalo se define como un intervalo entre 0,001 y 100 unidades de angstrom o 10-11 y 10 6 centímetros de longitud de onda. Como se emplea en esta memoria, el término "rayos gamma" se considera sinónimo del término "rayos X". Los rayos gamma se consideran producidos generalmente por algún fenómeno natural, tal como la descomposición de un núcleo atómico, mientras que los rayos X se consideran generalmente producidos por un tubo electrónico u otro dispositivo fabricado.
TABLA I
Tecnologías de formación de imágenes digitales directas por energía radiante
Abreviaturas: SBBASIC = Semiconductor enlazado por protuberancias en ASIC; a-SGTFT = Semiconductor amorfo crecido en TFT; a - SGASIC = Semiconductor amorfo crecido en ASIC.
Se conocen en la técnica los dispositivos de formación de imágenes por radiación digitales que utilizan tecnologías SBBASIC y típicamente comprenden un sustrato semiconductor detector de cristalino (foto-conductor) y un sustrato de lectura semiconductor que incorpora ASICs procesados integralmente. Los sustratos detector y de lectura se unen y se comunican entre ellos eléctricamente por medio de enlaces de protuberancias u otros medios
conductores. El sustrato detector tiene un electrodo continuo en una primera cara principal (donde choca la radiación incidente) y una formación bidimensional de contactos o electrodos colectores de carga/píxeles en una segunda cara principal, opuesta a la primera cara principal. La radiación incidente se absorbe en el material del sustrato detector y se genera una carga eléctrica en respuesta a dicha absorción. Bajo la polarización de un campo eléctrico entre las caras primera y segunda, la carga generada se deriva hacia los contactos o electrodos de carga de recogida/píxel y se recoge en ellos. Cada contacto de recogida de carga define un "píxel" separado en el sustrato detector y está conectado de manera conductora a un "circuito de píxel" correspondiente en el sustrato de lectura mediante un enlace de protuberancias. Cada píxel en combinación con su circuito de píxel correspondiente comprende una "celda de píxel". Cada circuito de píxel en el sustrato de lectura puede incluir diversas características del circuito para amplificar, almacenar, digitalizar, etc. las cargas entrantes. Los enlaces de protuberancias se pueden lograr utilizando una variedad de metales o compuestos que incluyen diversas aleaciones de soldadura y otras composiciones conductoras.
Típicamente, en un borde perimetral de cada sustrato de lectura hay al menos una región para enrutar señales de entrada y salida (E/S) hacia y desde el sustrato de lectura. Estos pueden ser plaquitas de unión de cables o características similares para proporcionar conexiones eléctricas a los ASICs del sustrato de lectura.
Kramer y otros, patente de Estados Unidos N° 5.379.336, dan a conocer un dispositivo SBBASIC típico, véanse las figuras 1A y 1B. Como se muestra en las figuras, un sustrato detector semiconductor 10 está unido por protuberancias con una formación de protuberancias conductoras 13 a un sustrato de lectura/procesamiento 12. Tanto el sustrato detector semiconductor 10 como el sustrato de lectura/procesamiento semiconductor 12 son cada uno integrales y monolíticos. En la Tabla I se dan ejemplos de tecnologías de sustratos detectores de lectura/procesamiento. La radiación hv incide en la parte superior (primera cara principal) del sustrato semiconductor detector 10. Se forma una matriz de píxeles mediante contactos metálicos de carga de recogida/píxel en la cara de salida (segunda cara principal) del sustrato semiconductor detector 12. La carga eléctrica creada en el sustrato detector semiconductor 10 en respuesta a la absorción de radiación incidente hv es recogida por los contactos de pixel detector 14. La carga recogida se comunica a través de las protuberancias conductoras 13 a los contactos 15 del circuito de píxel correspondientes en el sustrato semiconductor de lectura/procesamiento 12. Los circuitos de píxel se utilizan para realizar una variedad de funciones posibles, incluida la acumulación de la carga entrante y/o su amplificación, la discriminación, la digitalización y el conteo de impactos de radiación entrantes, etc.
Orava y otros, patente de Estados Unidos N° 5.812.191 y Spartiotis y otros, patente de Estados Unidos N° 5.952.646, revelan ambas realizaciones alternativas de un dispositivo de formación de imágenes por radiación digital tipo SBBASIC. En estos dispositivos de formación de imágenes, como se ejemplifica generalmente en la figura 2, el sustrato semiconductor detector 30 está conectado eléctricamente al sustrato semiconductor de lectura 32 con enlaces de protuberancias 35. El material fotodetector 34 de los píxeles 36 de sustrato semiconductor absorbe la radiación entrante y, en respuesta a la absorción, genera cargas eléctricas. Las cargas eléctricas se recogen en los contactos de recogida/píxel 38, y se comunican eléctricamente a través de los enlaces de protuberancias 35 a los contactos de circuito de píxel 33 en el circuito de píxel 31 del sustrato semiconductor de lectura 32.
Sin embargo, los dispositivos de formación de imágenes SBBASIC indicados anteriormente son dispositivos unitarios con un área de formación de imágenes que está limitada por las tecnologías actuales de fabricación de semiconductores y de unión por protuberancias. En la actualidad, algunos de los materiales fotoconductores más sensibles, como CdTe, CdZnTe, TlBr, PbI y GaAs, se pueden usar para fabricar sustratos semiconductores de cristal único sin defectos con dimensiones de solo aproximadamente 3" o 4". El área de formación de imágenes está aún más limitada con la tecnología CMOS que se utiliza normalmente para crear los sustratos semiconductores de lectura. Estas tecnologías pueden producir típicamente dispositivos de formación de imágenes por radiación que tienen áreas de formación de imágenes activas, como máximo, de unos pocos centímetros cuadrados. Incluso si se incrementan las dimensiones del sustrato semiconductor, la tecnología actual de unión por protuberancias aún limitaría el área plana de los sustratos de detector y lectura que pueden unirse entre ellos (por ejemplo, un sustrato detector monolítico de 10 cm x 10 cm a su sustrato de lectura). Una preocupación adicional para la unión de los sustratos de detector y lectura es la planitud de los sustratos y la uniformidad de la protuberancia conductora necesaria para llevar a cabo el proceso.
Los documentos de patente US-A-5 786 597 y US-A-5 635 718 también describen dispositivos de detección de radiación que comprenden un sustrato intermedio.
A la vista de estas limitaciones, se ha motivado al campo para desarrollar tecnologías que hagan posible realizar industrialmente operaciones de unión por protuberancias de alta densidad entre pares de sustrato de semiconductores individuales. Por ejemplo, se han desarrollado técnicas de "formación de mosaicos" en las que una pluralidad de unidades de dispositivos de formación de imágenes por radiación digital se agrupan como “mosaicos” en una formación monodimensional o bidimensional para formar un mosaico más grande de dispositivos de formación de imágenes. La formación de mosaicos de dispositivos de formación de imágenes digitales individuales permite la producción de dispositivos de formación de imágenes por radiación digital que tienen áreas de formación de imágenes mucho más grandes. Sin embargo, las técnicas de formación de mosaicos también han introducido una cantidad de área muerta de formación de imágenes en el área de formación de imágenes del dispositivo de formación de imágenes de mosaico, que puede afectar negativamente la calidad de imagen del dispositivo. Esta
área muerta de formación de imágenes se obtiene principalmente del área plana de un mosaico de dispositivo de formación de imágenes digitales individual que se requiere para proporcionar las conexiones E/S al dispositivo individual, por ejemplo, el área de unión de cables. A pesar de que la profundidad del área de unión de cables suele ser de unos pocos mm, puede crear un área muerta de formación de imágenes que es inaceptablemente grande para una aplicación de formación de imágenes por radiación particular.
Por lo tanto, se ha motivado aún más al campo para desarrollar técnicas de formación de mosaicos que reducen la cantidad de área muerta en un mosaico o dispositivo de formación de imágenes digitales en matriz. Las figuras 3A y 3B ilustran un intento inicial de Lemercier y otros, EP 0421869, para reducir el área de unión de cables 61 y otras posibles áreas muertas de formación de imágenes o de borde más inactivo 61a en uno o dos lados de un SBBASIC superponiendo parte de las áreas muertas de formación de imágenes 61 con un área de detector activa 62 en una disposición de "caja de escalera" de mosaicos SBBASIC individuales. Toda la "caja de escalera" está montada en un soporte 60. Aunque esta técnica reduce la cantidad total de área muerta de formación de imágenes de una matriz de dispositivos de formación de imágenes, aún quedan algunas áreas muertas perimetrales 61. Además, para maximizar la calidad de imagen, las superficies de todos los mosaicos SBBASIC individuales deben ser paralelas entre ellas. Esto es mecánicamente difícil en la producción de dispositivos de formación de imágenes como el dispositivo Lemercier. Además, el enfoque de la "caja de la escalera" requería que, para lograr áreas de formación de imágenes más grandes, el sustrato de soporte 60 debe hacerse relativamente más grueso en dos direcciones. Para superar la limitación de necesitar un sustrato de soporte de doble rampa como en el dispositivo de Lernercier, el campo ha desarrollado técnicas de formación de mosaicos alternativas. Se muestra un ejemplo en la figura 4 de Schulman, EP 1162833, en el que los mosaicos 56 y 58 de dispositivos de formación de imágenes se montan de manera extraíble en una placa de soporte. En un borde del sustrato de lectura 52 hay un área muerta de formación de imágenes 50 que se extiende más allá del sustrato detector 51 del mosaico 56 o 58 de dispositivo y está reservada para la unión de cables. El área de unión de cables no es sensible a la radiación y no realiza formación de imágenes. Cada SBBASIC está montado en una cuña de combinación 44 y plataforma 53, que, a su vez, está montada en una placa de PC 54. La combinación de plataforma de cuña permite que el área inactiva 50 de un mosaico 58 de dispositivo de formación de imágenes pase al menos parcialmente por debajo del área de formación de imágenes activa de otro mosaico 56 de dispositivo de formación de imágenes. Esta técnica es complicada en su ejecución debido a que la plataforma de cuña requiere un control cuidadoso del ángulo de inclinación y una alineación precisa de los dispositivos de mosaico entre ellos. Además, el área inactiva nunca está completamente cubierta y el ángulo de mosaico puede introducir un error de paralaje en función del ángulo de incidencia de la radiación entrante.
Si bien la tecnología SBBASIC es relativamente el enfoque más reciente para la formación de imágenes digital por radiación directa y tiene ventajas sobre las otras tecnologías de formación de imágenes digitales por radiación anteriores, también tiene actualmente ciertas limitaciones:
a. En dispositivos actuales, los sustratos detectores y de lectura se fabrican con un campo de visión limitado. Se han reportado campos de visión de dispositivos individuales de hasta 2,5 cm2. Esto es insuficiente para la mayoría de las aplicaciones comerciales.
b. Debido a esta limitación, se han sugerido técnicas de formación de mosaicos que combinan una pluralidad de dispositivos SBBASIC para proporcionar un campo de visión más amplio. Sin embargo, tales técnicas de formación de mosaicos pueden ser engorrosas y difíciles de implementar en una escala de producción industrial. Esto puede afectar negativamente la calidad de la formación de imágenes y el coste del cabezal completo de cámara que comprende una serie de tales SBBASICs
c. Además de las limitaciones anteriores (a) y (b), en los dispositivos de formación de imágenes SBBASIC actuales, la interconexión del ASIC con plaquitas de unión de cables introduce un área "inactiva" para cada dispositivo SBBASIC. Esta es un área que no es utilizable para visualizar la radiación entrante. Estas áreas "muertas" tienen un impacto adverso en la calidad de la imagen, especialmente cuando son demasiado grandes para eliminarlas con el software.
Aunque cada uno de los dispositivos de formación de imágenes por radiación anteriores puede ser útil para los fines previstos, sería beneficioso en el campo contar con un dispositivo de formación de imágenes por radiación alternativo que elimine o minimice aún más el área muerta de formación de imágenes debido a los requisitos de unión de cables de los ASIC implicados, sin necesidad de una rampa de apoyo. Además, sería beneficioso tener los mosaicos semiconductores montados en el mismo plano. Sería más beneficioso si el dispositivo se pudiera producir utilizando técnicas actuales de unión por protuberancias en combinación con los nuevos materiales semiconductores de alta sensibilidad que pueden ser mecánicamente quebradizos y susceptibles a temperaturas de protuberancias relativamente altas.
Compendio de la invención
La presente invención es un dispositivo de formación de imágenes por radiación de tipo de “Detector semiconductor vía conectado a un circuito integrado de aplicación específica” (SVCASIC). Estructuralmente, esto significa que un
sustrato semiconductor/fotoconductor está unido físicamente a un sustrato intermedio o "vía", que, a su vez, está unido físicamente a un sustrato de procesamiento/lectura (ASIC). Funcionalmente, el sustrato intermedio o vía proporciona una comunicación eléctrica entre el sustrato fotodetector y el sustrato de lectura. Además, el sustrato intermedio proporciona comunicación eléctrica entre los ASICs del sustrato de lectura y entre el presente dispositivo de formación de imágenes y cualquier circuito externo al dispositivo de formación de imágenes.
La presente invención es un dispositivo de formación de imágenes de energía por radiación de rayos X y rayos gamma de tipo SVCASIC que comprende un sustrato detector semiconductor y un sustrato de lectura/procesador que están separados por y unidos a un sustrato intermedio en una configuración similar a un laminado. Los sustratos semiconductores y el sustrato intermedio de la presente invención tienen generalmente una configuración plana y están dispuestos adyacentes entre ellos con sus planos en paralelo. En su configuración más sencilla, el presente dispositivo de formación de imágenes por radiación comprende un solo sustrato detector, un solo sustrato de lectura y un solo sustrato intermedio. Sin embargo, un objeto de la presente invención es un dispositivo de formación de imágenes que comprende una formación de sustratos detectores y una formación correspondiente de sustratos de lectura que están separados por y unidos a un único sustrato intermedio, de nuevo, en una configuración similar a un laminado.
Se conocen en la técnica los sustratos detectores semiconductores posibles en la presente invención. Por lo general, el sustrato detector semiconductor tiene una configuración plana y dos superficies planas opuestas principales: una superficie de electrodo y una superficie de pixeles. El sustrato semiconductor detector también comprende un material fotoconductor dispuesto entre las dos superficies principales. El material fotoconductor convierte la energía de radiación que incide sobre la superficie de electrodo en cargas eléctricas dentro del grosor del material fotoconductor. El sustrato detector tiene una polarización de campo eléctrico que actúa para generar una carga eléctrica generada dentro del grosor del fotoconductor en respuesta a radiación absorbida para derivarla directamente hacia la superficie de pixeles del sustrato detector. Se puede lograr una polarización del campo eléctrico teniendo un electrodo de polarización de carga dispuesto continuamente a través de la superficie de electrodo del sustrato detector.
En la superficie de pixeles de un sustrato detector unitario hay una pluralidad de píxeles. El área total y la configuración de los píxeles definen el área de formación de imágenes activa del sustrato detector. Preferiblemente, la pluralidad de píxeles tiene un área de superficie total sustancialmente igual al área de superficie total de la superficie de pixeles. En esta situación, el perímetro de sombra del sustrato detector unitario es un factor para determinar la relación entre el tamaño de imagen y la calidad de imagen del dispositivo de formación de imágenes final (para una densidad de píxeles de sustrato de detector determinada). Cada píxel tiene un electrodo y un contacto colector de carga asociados. Los contactos de colector de píxeles están dispuestos en un patrón de contactos colectores en la superficie de pixeles del sustrato detector. Los electrodos/contactos de píxeles recogen las cargas eléctricas de derivación generadas dentro del sustrato detector.
Se conocen generalmente en la técnica los sustratos de lectura/procesamiento semiconductores posibles en la presente invención. Típicamente, un sustrato de lectura semiconductor comprende al menos un circuito integrado específico de aplicación (ASIC), y tiene una configuración plana y dos superficies planas opuestas principales. Una de las superficies principales es una superficie de lectura, que está dispuesta enfrente de la superficie de pixeles del sustrato detector. El sustrato de lectura ASIC comprende además una pluralidad de circuitos de píxel, teniendo cada circuito de píxel un contacto de transmisión eléctrica procesado sobre la superficie de lectura del sustrato de lectura semiconductor ASIC. Los contactos de transmisión son las entradas a los circuitos de píxel del sustrato de lectura ASIC. Los contactos de transmisión eléctrica están dispuestos en un patrón de contactos de transmisión.
Además, el sustrato semiconductor de lectura/procesamiento ASIC de la presente invención tiene una pluralidad de contactos E/S eléctricos procesados en la superficie de lectura del sustrato semiconductor ASIC. Los contactos E/S son los contactos eléctricos de entrada y salida para el(los) ASIC(s) del sustrato de lectura semiconductor, y están dispuestos en un patrón de contactos E/S.
El sustrato intermedio está dispuesto entre el sustrato detector semiconductor y el sustrato de lectura semiconductor ASIC. Típicamente, el sustrato intermedio tiene una configuración plana y dos superficies planas opuestas principales: una cara de entrada dispuesta adyacente a la superficie de pixeles del sustrato detector, y una cara de salida dispuesta adyacente a la superficie de lectura del sustrato de lectura ASIC. Una pluralidad de pasos vía conductores discretos proporciona rutas de comunicación eléctrica discretas entre las caras de entrada y salida a través del grosor del sustrato intermedio. Los pasos vía tienen un primer extremo en la cara de entrada dispuesta en un patrón de pasos de entrada (que se corresponde con el patrón de píxeles del sustrato detector) y un segundo extremo en la cara de salida dispuesto en un patrón de pasos de salida (que se corresponde con el patrón de contactos de transmisión de el sustrato de lectura). Además, una pluralidad de contactos de cable está dispuesta en la cara de salida en un patrón de contactos de cable correspondiente al patrón de contactos E/S en la superficie de lectura del sustrato de lectura semiconductor ASIC. Los contactos de cables están en comunicación eléctrica con plaquitas de unión de cables montadas en un borde periférico del sustrato intermedio.
Los pasos vía conductores a son aberturas u orificios a través del grosor del material del sustrato intermedio. Los pasos vía tienen un revestimiento compuesto por un material eléctricamente conductor (por ejemplo, cobre, oro,
plata, níquel, aluminio, platino, plomo, estaño, bismuto e indio o una combinación de ellos) para hacer que el paso sea conductor. Alternativamente, los pasos vía se rellenan con un material conductor (por ejemplo, soldadura) para hacer que los pasos sean conductores. Opcionalmente, cada paso vía conductor puede comunicarse eléctricamente con un faldón conductor discreto en el extremo del paso en al menos una de las caras del sustrato intermedio. El faldón puede procesarse por separado en la cara del sustrato intermedio utilizando tecnologías de sustrato de circuito conocidas en la técnica, y puede ser integral con el revestimiento conductor vía. El propio sustrato intermedio puede estar hecho de cualquiera de una variedad de materiales conocidos en la técnica, tales como: una placa de circuito impreso, un material fotorresistente, un material F4 y un material cerámico.
Opcionalmente, los contactos de cable del sustrato intermedio se pueden incrustar en la cara de salida del sustrato intermedio, y los rebajos se alinean o llenan con un material conductor como los pasos vía. Esto permite que una ruta eléctrica se comunique con un contacto de cable a través del grosor del sustrato intermedio y que esté aislada tanto de la cara de entrada como de la cara de salida.
Los sustratos semiconductores (es decir, el sustrato detector/fotoconductor y el sustrato de lectura ASIC) están unidos cada uno a la cara apropiada del sustrato intermedio - el sustrato detector a la cara de entrada y el sustrato de lectura a la cara de salida. Esto se logra mediante enlaces eléctricamente conductores que conectan discretamente cada contacto de píxel en el patrón de píxeles del sustrato detector con el primer extremo del paso vía conductor correspondiente del patrón de pasos de entrada en la cara de entrada del sustrato intermedio. De manera similar, los enlaces eléctricamente conductores conectan discretamente cada contacto de transmisión en el patrón de contactos de transmisión del sustrato de lectura con el segundo extremo del conductor correspondiente a través del paso del patrón de pasos de salida en la cara de salida del sustrato intermedio. Además, los enlaces eléctricamente conductores conectan discretamente cada contacto E/S en el patrón de contactos E/S de la superficie de lectura del sustrato de lectura con el contacto de cable correspondiente en el patrón de contactos de cable en la cara de salida del sustrato intermedio.
Se conocen en el arte las técnicas de unión posibles en la presente invención. La unión conductora de los diversos contactos eléctricos de los sustratos semiconductores al sustrato intermedio es fácilmente realizable en la presente invención por un experto en la técnica. Por ejemplo, tal unión puede lograrse utilizando enlaces por protuberancias o adhesivos conductores, especialmente adhesivos conductores anisotrópicos. Consúltese Mescher y otros (Application Specific Flip Chip Packages: Considerations and Options in Using FCIP, Proc. Pan Pacific Microelectronics Symp. Conf., enero de 2000; Juskey y otros, patente de Estados Unidos N° 6.356.453; y Btechcorp., ATTA® Anisotropic Electrically Conductive Film, http://www.btechcorp.com/aecfmain.htm, mayo de 2002.
La arquitectura de la presente invención, que utiliza un sustrato intermedio como plataforma de montaje para los sustratos semiconductores, logra varios beneficios deseables en un dispositivo de formación de imágenes por radiación. Uno de los beneficios es el potencial para producir dispositivos de formación de imágenes de área más grandes con una calidad de imagen mejorada en relación con algunos dispositivos anteriores al reducir o minimizar la cantidad de área muerta de formación de imágenes en el dispositivo. Esto se logra al tener un sustrato de lectura ASIC completo, incluidos sus contactos E/S, dispuestos dentro de la "sombra perimetral" de su sustrato detector asociado. En esta configuración, el sustituto de lectura ASIC no tiene un borde perimetral que se extienda más allá de la sombra perimetral del sustrato detector. Por lo tanto, los sustratos detectores unitarios se pueden empaquetar de forma compacta utilizando técnicas de formación de mosaicos para obtener un dispositivo de formación de imágenes de mosaico que minimice el área muerta de formación de imágenes debido a que los sustratos de lectura unitarios subyacentes no tienen en sí mismos un área muerta de formación de imágenes.
Otro beneficio potencial es la facilitación de la producción de dispositivos de formación de imágenes por energía de radiación que utilizan sustratos semiconductores que son sensibles a las temperaturas y presiones de ciertos métodos y tecnologías anteriores de fabricación de dispositivos de formación de imágenes semiconductores por radiación. Por ejemplo, en situaciones en las que el sustrato semiconductor es quebradizo, o está compuesto por materiales sensibles a la temperatura, tales sustratos detectores comprenden cadmio y/o teluro. Este es particularmente el caso en el que se utiliza la unión por protuberancias de soldadura para unir los contactos conductores de los sustratos semiconductores. Al aplicar inicialmente las protuberancias de soldadura a los contactos conductores en el sustrato intermedio, los sustratos semiconductores no están expuestos a las condiciones a veces más severas requeridas para realizar inicialmente contactos unidos por protuberancias. El sustrato intermedio no es un sustrato semiconductor, y puede estar hecho de materiales relativamente más robustos, que se pueden seleccionar por un experto en la técnica para soportar las condiciones iniciales de protuberancias. Una vez que los contactos conductores en una cara del sustrato intermedio se unen por protuberancias, se puede lograr la unión conductora con los contactos conductores correspondientes de un sustrato semiconductor sensible utilizando las condiciones potencialmente menos severas de las técnicas de reflujo de soldadura.
La presente invención incluye un método para producir un dispositivo de formación de imágenes por energía de radiación al proporcionar un sustrato intermedio del tipo detallado anteriormente, y aplicar soldaduras u otras protuberancias conductoras a los contactos conductores (es decir, los pasos vía y cualquier contacto de cables) en una cara del sustrato intermedio para proporcionar una cara de sustrato intermedio con contactos unidos por protuberancias. Luego, el sustrato semiconductor apropiado (detector o de lectura) se coloca en yuxtaposición con la
cara de sustrato intermedio con los contactos unidos por protuberancias de soldadura, con los contactos unidos por protuberancias de soldadura muy cerca o tocando los contactos correspondientes en el sustrato semiconductor. A continuación, los sustratos intermedios y semiconductores se unen entre ellos al hacer que la soldadura de los contactos unidos por protuberancias de soldadura vuelva a fluir en condiciones apropiadas de calor y presión para formar enlaces por protuberancias de soldadura entre los contactos unidos por protuberancias de soldadura del sustrato intermedio y los contactos correspondientes del sustrato semiconductor. Si se usan protuberancias conductoras hechas de un material distinto de la soldadura, entonces se utiliza la aplicación apropiada de temperatura y presión para ese material para causar la formación de los enlaces de protuberancias. Alternativamente, las protuberancias conductoras pueden aplicarse inicialmente al sustrato semiconductor, si no se está controlando la susceptibilidad del material semiconductor.
En un método alternativo para unir los sustratos semiconductores al sustrato intermedio, se pueden usar adhesivos conductores. Por ejemplo, se puede aplicar un adhesivo conductor a los contactos conductores en una o ambas caras del sustrato intermedio o a los contactos conductores en los sustratos semiconductores (detector y/o de lectura) o a ambos, para proporcionar contactos recubiertos adhesivos conductores. Opcionalmente, se puede aplicar una película adhesiva anisotrópicamente conductora entre las superficies y/o las caras de los sustratos intermedios y semiconductores, incluidos todos los contactos conductores de los sustratos. Los sustratos semiconductores se pueden unir entonces al sustrato intermedio de una manera similar a la que se detalla más arriba para la unión por protuberancias, o como se conoce de otra manera por un experto en la técnica.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A es una ilustración en perspectiva de un dispositivo de formación de imágenes digital por radiación del tipo SBBASIC de la técnica anterior que tiene un detector unido por protuberancias y sustratos detectores y de lectura.
La figura 1B es una vista en perspectiva de cerca de una celda de un solo píxel de la figura 1A.
La figura 2 es una vista en sección transversal de un dispositivo de formación de imágenes por radiación semiconductor de tipo SBBASIC de la técnica anterior.
Las figuras 3A y 3B son respectivamente una representación en una vista en perspectiva (A) y una vista lateral (B) de un dispositivo de formación de imágenes por radiación de mosaico de la técnica anterior, en donde los dispositivos de formación de imágenes individuales (mosaicos) están formados en dos dimensiones para proporcionar un dispositivo de formación de imágenes de área de imagen incrementada.
La figura 4 es una representación en una vista lateral de un dispositivo de formación de imágenes por radiación de mosaico de la técnica anterior en el que los dispositivos de formación de imágenes individuales (mosaicos) están dispuestos para tener el área de formación de imágenes activa de un dispositivo o mosaico de formación de imágenes solapada con el área muerta de formación de imágenes de otro mosaico de dispositivo de formación de imágenes.
La figura 5 es una representación esquemática de un dispositivo de la presente invención que comprende un detector unitario y sustratos semiconductores de lectura, montados en una configuración laminada o en capas sobre un único sustrato intermedio o "vía".
Las figuras 6A y 6B son una representación esquemática de una vista lateral de un dispositivo de la presente invención que muestra la relación entre los sustratos detector y de lectura con el sustrato intermedio. El sustrato intermedio está en sección transversal para mostrar la relación de los diversos contactos eléctricos entre los sustratos.
La figura 7A es un esquema que ilustra la superficie de pixeles de un sustrato detector semiconductor de ejemplo. La figura 7B es un esquema que ilustra el patrón de contactos de píxeles en la superficie de pixeles del sustrato detector semiconductor de ejemplo de la figura 7A.
La figura 8A es un esquema que ilustra la superficie de lectura de un sustrato de lectura ASIC semiconductor de ejemplo.
La figura 8B es un esquema que ilustra el patrón de contactos de transmisión en la superficie de lectura del sustrato de lectura semiconductor de ejemplo de la figura 8A.
La figura 8C es un esquema que ilustra el patrón de contactos E/S en la superficie de lectura del sustrato de lectura semiconductor de ejemplo de la figura 8A.
La figura 9A es un esquema que ilustra la cara de entrada de un sustrato intermedio de ejemplo, y que muestra unos primeros extremos del paso vía que tienen faldones conductores.
La figura 9B es un esquema que ilustra la cara de salida de un sustrato intermedio de ejemplo, y muestra unos extremos segundos del paso vía sin faldones conductores.
La figura 10 es una vista lateral en sección transversal que ilustra una porción de un sustrato intermedio.
La figura 11 es una representación esquemática de una vista lateral de un dispositivo de formación de imágenes de mosaico SVCASIC de la presente invención que muestra la relación entre una formación de sustratos detector y de lectura con el único sustrato intermedio. El sustrato intermedio está en sección transversal para mostrar la relación de los diversos contactos eléctricos entre los sustratos.
Descripción detallada de la invención
Haciendo referencia ahora a los dibujos, los detalles de realizaciones preferidas de la presente invención se ilustran gráfica y esquemáticamente. Los elementos similares en los dibujos se representan con números similares, y cualquier elemento similar se representa con números similares con un sufijo de letra minúscula diferente.
Como se ilustra en la figura 5A, en una realización preferida, la presente invención es un dispositivo de formación de imágenes digital de tipo SVCASIC 80 para obtener imágenes por energía de radiación de rayos X y rayos gamma, preferiblemente en el intervalo de energía de 1 keV a 500 keV. El dispositivo de formación de imágenes digitales SVCASIC 80 comprende dos sustratos semiconductores, un sustrato detector 90 y un sustrato de procesamiento de lectura/señal 130, separados y unidos a un sustrato intermedio 170. Los sustratos 90, 130 y 170 tienen una configuración sustancialmente plana y están dispuestos adyacentes entre ellos con sus planos en paralelo para formar una estructura laminada en el dispositivo de formación de imágenes ensamblado 80. En una realización preferida alternativa ejemplificada en la figura 5B, el dispositivo de formación de imágenes de energía de radiación 80a comprende una pluralidad de detectores 90 y una pluralidad de sustratos de lectura ASIC 130 unidos a un único sustrato intermedio 170.
En una realización preferida como se ejemplifica en las figuras 6A y 6B, el sustrato detector semiconductor 90 tiene una configuración plana y dos superficies planas principales opuestas: una superficie de electrodo 92 y una superficie de pixel 94. El grosor T del sustrato detector 90 está compuesto por un fotoconductor 96, tal como se conoce en la técnica, incluyendo CdTe, CdZnTe, PbI, TlBr, HgI, Ge, GaAs, Si, y otros. La energía de radiación hv que incide sobre la superficie 92 de electrodo es absorbida por el fotoconductor 96 y convertida en cargas eléctricas (no mostradas). Bajo la influencia de una polarización de campo eléctrico (no mostrada), las cargas eléctricas generadas dentro del grosor T del fotoconductor 96 en respuesta a la absorción de la radiación incidente hv se derivan directamente hacia la superficie 94 de pixeles del sustrato detector 90. Puede lograrse un campo de polarización eléctrica por cualquiera de una serie de medios conocidos por un experto en la técnica. Sin embargo, en la realización ilustrada, un electrodo de polarización cargado 98 está dispuesto continuamente a través de la superficie 92 de electrodo del sustrato detector 90. La carga eléctrica en el electrodo de polarización 98 crea el campo de polarización eléctrico que causa la derivación de las cargas eléctricas hacia la superficie 94 de pixeles. El electrodo de polarización 98 es sustancialmente transparente a la radiación incidente hv.
Como se ejemplifica en la figura 7A, una pluralidad de píxeles 100 y de electrodos/contactos de colector de píxeles asociados 102 están dispuestos sobre la superficie 94 de pixeles del sustrato detector 90. Cada electrodo/contacto de colector de píxeles 102 se corresponde con un píxel individual 100. Los electrodos/contactos de colector de píxeles 102 son eléctricamente conductores para recoger las cargas eléctricas generadas en sus píxeles asociados 100 por la absorción de radiación hv. Los contactos de colector de píxeles 102 están dispuestos en un patrón de contactos de píxeles 104 (véase la figura 7B).
Como se ejemplifica en la figura 8A, en la realización preferida, el sustrato de lectura ASIC semiconductor 130 comprende una pluralidad de circuitos de píxel ASIC 132. Además, el sustrato de lectura ASIC 130 tiene una superficie de lectura 134, que en el dispositivo de formación de imágenes ensamblado 80 está dispuesta opuesta a la superficie 94 de pixeles del sustrato detector 90 (véase también la figura 6A). Cada circuito de píxel 132 incluye un contacto de transmisión eléctrica 136 procesado en la superficie de lectura 134 del sustrato de lectura semiconductor 130. Cada contacto de transmisión 136 es la entrada al circuito de píxel (celda de procesamiento/lectura) 132. El sustrato de procesamiento/lectura ASIC 130 comprende uno o más ASICS, preferiblemente creados con CMOS u otros procesos ASIC disponibles. Los contactos de transmisión 136 son las entradas de señal de radiación de carga eléctrica a su respectivo circuito de píxel 132 del sustrato de lectura ASIC 130. Los contactos de transmisión 136 están dispuestos en un patrón de contactos de transmisión 150 (véase la figura 8B).
Además, el sustrato de lectura ASIC 130 comprende una pluralidad de contactos E/S eléctricos 140 procesados en la superficie de lectura 134 del sustrato de lectura semiconductor 130. Los contactos E/S 140 son los contactos eléctricos de entrada y salida para el sustrato de lectura ASIC 130 mediante los cuales se comunican señales de procesamiento y de formación de imágenes al(los) ASIC(s) del sustrato de lectura 130. Los contactos E/S 140 están dispuestos en un patrón de contactos E/S 152 (véase la figura 8C).
El sustrato intermedio 170 está dispuesto entre el sustrato detector 90 y el sustrato de lectura ASIC 130 (véanse las figuras 5 y 6). Como se muestra en las figuras 9A y 9B, el sustrato intermedio 170 tiene una cara de entrada 172 y
una cara de salida 174 (véase también la figura 6A). En el dispositivo de formación de imágenes SVCASIC ensamblado 80, la cara de entrada 172 es adyacente a la superficie 94 de píxeles del sustrato detector 90, y una cara de salida 174 es adyacente a la superficie 134 de lectura del sustrato 130 de lectura ASIC. En una realización preferida, el sustrato intermedio 170 es una placa de circuito impreso (placa de PC). Sin embargo, se pretenden otras realizaciones del sustrato intermedio 170 y éstas se conocen y son posibles en el presente dispositivo de formación de imágenes 80 por un experto en la técnica. Estas incluyen: un material fotorresistente, un material FR4 y un material cerámico. Las ventajas de incorporar el sustrato intermedio en el dispositivo de formación de imágenes SVCASIC 80 incluyen la de que se puede producir fácilmente, se puede producir con varias capas y proporciona una plataforma robusta y mecánicamente estable sobre la cual se pueden montar los sustratos semiconductores 90 y 130.
El sustrato intermedio 170 tiene una pluralidad de pasos vía conductores 178 que proporcionan rutas discretas, eléctricamente conductoras entre las caras de entrada y salida 172 y 174 del sustrato intermedio 170. Preferiblemente, los pasos vía 178 son cilíndricos. Los pasos vía 178 tienen un primer extremo 180 en la cara de entrada 172 del sustrato intermedio 170, y un segundo extremo 182 en la cara de salida 174. Los pasos vía 178 comprenden un revestimiento de un material eléctricamente conductor para hacer que los pasos vía 178 sean conductores. Preferiblemente, el revestimiento está hecho de cobre, pero puede ser cualquier material eléctricamente conductor seleccionable por un experto en la técnica de entre los siguientes: oro, plata, níquel, aluminio, platino, plomo, estaño, bismuto e indio. Alternativamente, los pasos vía del sustrato intermedio 170 pueden llenarse con un material eléctricamente conductor (por ejemplo, soldadura o un adhesivo conductor, véase más abajo) para hacer que el paso vía sea conductor.
Los primeros extremos 180 de paso vía están dispuestos en la cara de entrada 172 en un patrón de pasos de entrada (no mostrado) correspondiente al patrón de contactos de píxel 104 (véase la figura 7B) en la superficie 94 de pixeles del sustrato detector 90. Los segundos extremos 182 de paso vía están dispuestos en la cara de salida 174 en un patrón de pasos de salida (no mostrado) correspondiente al patrón de contactos de transmisión 150 (véase la figura 8B) en la superficie de lectura 134 del sustrato de lectura/procesamiento ASIC 130. Los extremos 180 y 182 de paso vía son los contactos conductores de los pasos vía 178. Opcionalmente, los pasos vía pueden incluir un faldón conductor discreto 184 en los extremos 180 y 182 de paso vía en una o ambas caras 172 y 174 del sustrato intermedio 170 (véase la figura 9A). Además, el sustrato intermedio 170 tiene una pluralidad de contactos de cable 186 procesados en su cara de salida 174. Los contactos de cable 186 están dispuestos en un patrón de contactos de cable (no mostrado) correspondiente al patrón de contactos E/S 152 (véase la figura 8C) en la superficie de lectura 134 del sustrato de lectura/procesamiento ASIC 130. Los contactos de cable 186 están en comunicación eléctrica con las plaquitas de unión de cable 200 montadas o procesadas en una o ambas caras 172 y 174 del sustrato intermedio 170.
En la realización preferida mostrada en la figura 10, los contactos de cable 186 (y el faldón de paso vía 184) están incrustados en la cara de salida 174 del sustrato intermedio 170, pero alternativamente, los contactos de cable 186 (y el faldón de paso vía 184) podrían estar en la cara de salida 174. Cada uno de los contactos de cable 186 están en comunicación eléctrica con una plaquita de unión de cables separada o común 200 por medio de una ruta de circuito 188. En la realización ejemplificada en la figura 10, las rutas de circuito 188 están aisladas de cualquiera de las caras 172 y 174 del sustrato intermedio 170, y discurren dentro de las capas del material de sustrato intermedio (por ejemplo, placa de PC). Todas las rutas de circuito 188 no tienen que discurrir al mismo nivel dentro de las capas del material de sustrato intermedio, y pueden comunicarse con las plaquitas de unión de cables 200 en cualquiera de las caras del sustrato intermedio 130. Esta característica puede ser particularmente beneficiosa cuando se utiliza una película adhesiva conductora para unir un sustrato semiconductor al sustrato intermedio 170.
Los enlaces eléctricamente conductores 220 conectan discretamente cada contacto conductor y a su correspondiente contacto conductor, es decir: cada contacto de píxel 102 en el patrón de píxeles 104 con el primer extremo 180 del correspondiente paso vía conductor 178 en la cara de entrada 172 del sustrato intermedio 170, y cada contacto de transmisión 136 en el patrón de contactos de transmisión 150 está conectado discretamente al segundo extremo 182 del correspondiente paso vía conductor 178 de la cara de salida 174 del sustrato intermedio 170. De manera similar, cada contacto E/S 140 en el patrón de contactos E/S 152 está conectado de manera conductiva con el contacto de cable correspondiente 186 en el sustrato intermedio 170. En la realización preferida mostrada en la figura 5, los enlaces eléctricamente conductores 220 comprenden enlaces de protuberancias de soldadura de cualquiera de una variedad de aleaciones de soldadura conocidas en la técnica y seleccionables por el experto en la materia, Incluyendo tecnologías de protuberancias, tales como protuberancias tipo espárrago fabricadas de Au o Ag.
Alternativamente, como se muestra en la figura 6A, los enlaces eléctricamente conductores pueden comprender enlaces adhesivos conductores discretos 224. En este caso, se aplica discretamente un adhesivo conductor apropiado entre los contactos conductores que han de unirse para proporcionar continuidad eléctrica entre los contactos conductores. Se puede utilizar una combinación de enlaces adhesivos conductores 224 y enlaces de protuberancias de soldadura 220 para montar los sustratos semiconductores 90 y 130 en el sustrato intermedio en un dispositivo de formación de imágenes SVCASIC 80, ejemplificado en la figura 6A, donde los enlaces adhesivos conductores 224 unen los contactos de píxeles 102 con los pasos vía 178 del sustrato intermedio 170, y los enlaces de protuberancias de soldadura 220 unen los contactos 140 del circuito de píxel con los pasos vía 178.
Asimismo, se pueden usar películas adhesivas anisotrópicamente conductoras para formar enlaces conductores 226 entre los contactos conductores. Se conoce en la técnica el uso de adhesivos anisotrópicamente conductores para formar enlaces conductores, como se indicó anteriormente. La figura 6B es un ejemplo de una realización del presente SVCASIC 80 practicado utilizando un enlace de película anisotrópicamente conductor 226 para proporcionar enlaces conductores entre contactos de píxeles en la cara de píxeles 94 del sustrato detector 90, y los primeros extremos correspondientes 180 de los pasos vía 178 en la cara de entrada 172 del sustrato intermedio 170. El enlace de película anisotrópicamente conductor 226 también actúa para montar el sustrato detector semiconductor 90 en el sustrato intermedio 170. Por supuesto, se pueden practicar enlaces de protuberancias adhesivos conductores 224 y/o el enlace de película anisotrópicamente conductora 226 entre una cualquiera de las dos caras del sustrato intermedio 130 y su superficie de sustrato semiconductor correspondiente.
En otra realización preferida mostrada en la figura 11, el presente dispositivo de formación de imágenes SVCASIC 80a que comprende una formación de una pluralidad de sustratos detectores semiconductores 90a y una formación correspondiente de una pluralidad de sustratos de lectura ASIC semiconductores 130a que están separados por un solo sustrato intermedio 170 y unidos al mismo en una configuración similar a un laminado. Véase también la figura 5B. En la realización ejemplificada, la formación de sustratos detectores 90a y la formación de sustratos de lectura ASIC 130a están montados (unidos) a un único sustrato intermedio 130 que usa una película anisotrópicamente conductora 226. Sin embargo, se conocen otros medios para unir adecuadamente los sustratos semiconductores 90a y 130a al único sustrato intermedio 130 y son posibles en la presente invención por un experto en la técnica, incluyendo tales medios de unión detallados anteriormente.
Un experto en la técnica puede discernir y hacer posible un método para producir un dispositivo de formación de imágenes por energía de radiación SVCASIC 80/80a de la presente invención a la vista de la descripción y las figuras de la presente memoria. En general, se proporcionan un sustrato intermedio 170 y un(os) sustrato(s) de lectura semiconductor(es) 130/130a y un(os) sustrato(s) detector(es) 90/90a como se describe en esta memoria. Unos medios de unión conductores, como los descritos en esta memoria, se aplican entre los contactos conductores correspondientes en los sustratos 90, 130 y 170 bajo condiciones adecuadas de temperatura y presión, se hace que éstos formen enlaces conductores entre los contactos conductores correspondientes, y que unan conjuntamente los sustratos en una configuración similar a un laminado para producir un dispositivo de formación de imágenes por energía de radiación SVCASIC 80/80a de la presente invención.
Las ventajas del dispositivo de formación de imágenes de mosaico SVCASIC de esta realización incluyen: un dispositivo de formación de imágenes que tiene un área de formación de imágenes continua ampliada sin ciertas limitaciones de las técnicas de formación de mosaicos descritas en la técnica anterior; el dispositivo de formación de imágenes de mosaico SVCASIC ensamblado es sustancialmente plano (aplanado) y se puede utilizar como un "panel plano"; y los sustratos detectores se apoyan en ambas direcciones x e y minimizando el área muerta de la formación de imagen; y los pasos vía en el sustrato intermedio pueden servir como una característica de "autoalineamiento" para montar los sustratos semiconductores en el sustrato intermedio.
Si bien la descripción anterior contiene muchas especificaciones, éstas no deben interpretarse como limitaciones del alcance de la invención, sino más bien como ejemplos de una u otra realización preferida de la misma. Son posibles muchas otras variaciones, lo que sería obvio para un experto en la técnica. Por consiguiente, el alcance de la invención debe determinarse por el alcance de las reivindicaciones adjuntas y no solo por las realizaciones.
Claims (21)
1. Un dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de rayos X y rayos gamma que comprende:
un sustrato detector (90), teniendo el sustrato detector (90) una superficie de electrodo (92) y una superficie de pixeles (94) opuesta a la superficie de electrodo (92), estando dispuesto el sustrato detector (90) para convertir dicha energía de radiación, que incide sobre la superficie de electrodo (92), en cargas eléctricas, teniendo la superficie de electrodo (92) un electrodo de contacto continuo dispuesto sobre la misma, y teniendo la superficie de píxeles (94) una pluralidad de electrodos colectores de píxeles (102) dispuestos sobre la misma y contactos de píxel asociados dispuestos sobre los electrodos colectores de píxeles correspondientes (102), recogiendo los electrodos colectores de píxeles (102) las cargas eléctricas y formando un patrón de pixeles (100) y estando los contactos de píxeles dispuestos en un patrón de contactos de píxeles;
un sustrato de lectura ASIC (130) que comprende una pluralidad de circuitos de píxel y que tiene una superficie de lectura (134) dispuesta enfrente de la superficie de pixeles (94) del sustrato detector (90), teniendo cada uno de los circuitos de píxel un contacto de transmisión eléctrica (136) procesado en la superficie de lectura (134) en un patrón de contactos de transmisión, siendo los contactos de transmisión entradas a los circuitos de píxel (132) del sustrato de lectura ASIC (130), y una pluralidad de contactos E/S eléctricos (140) dispuestos en la superficie de lectura (134) en un patrón de contactos e/s , siendo los contactos E/S (140) los contactos eléctricos de entrada y salida para el sustrato de lectura ASIC (130);
un sustrato intermedio (170) dispuesto entre el sustrato detector (90) y el sustrato de lectura ASIC (130), y que tiene una cara de entrada (172) adyacente a la superficie de píxeles (94) y una cara de salida (174) adyacente a la superficie de lectura (134), una pluralidad de pasos vía conductores discretos (178), teniendo los pasos (178) un primer extremo en la cara de entrada (172) dispuesto en un patrón de pasos de entrada correspondiente al patrón de píxeles y un segundo extremo en la cara de salida (174) dispuesto en un patrón de pasos de salida correspondiente al patrón de contactos de transmisión; y
unos enlaces eléctricamente conductores (224) que conectan discretamente cada contacto de píxel en el patrón de píxeles con el primer extremo del correspondiente paso vía conductor (178) del patrón de pasos de entrada, y que conectan cada contacto de transmisión (136) en el patrón de contactos de transmisión con el segundo extremo del paso vía conductor correspondiente (178) del patrón de pasos de salida, y que conectan cada contacto E/S (140) en el patrón de contactos E/S con el contacto de cable correspondiente en el patrón de contactos de cable sobre el sustrato intermedio (170),
caracterizado por que
el sustrato intermedio (170) tiene una pluralidad de contactos de cable en la cara de salida (174) dispuestos en un patrón de contactos de cable correspondiente al patrón de contactos E/S en la superficie de lectura (134), estando los contactos de cable en comunicación eléctrica con unas plaquitas de unión de cables montadas (200) en un borde periférico del sustrato intermedio (170).
2. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que el sustrato detector (90) es un sustrato semiconductor compuesto sensible a la temperatura.
3. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que el sustrato detector (90) comprende un elemento seleccionado del grupo que consiste en cadmio y teluro.
4. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que el sustrato intermedio (170) tiene los contactos de cable incrustados en la cara de salida del sustrato intermedio (170).
5. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que el sustrato intermedio (170) tiene pasos vía conductores (178) que tienen un revestimiento compuesto por un material eléctricamente conductor para hacer que el paso (178) sea conductor.
6. El sustrato intermedio (170) de la reivindicación 5, en el que los pasos vía conductores (178) tienen un revestimiento compuesto por un material eléctricamente conductor seleccionado del grupo que consiste en cobre, oro, plata, níquel, aluminio, platino, plomo, estaño, bismuto e indio.
7. El sustrato intermedio (170) de la reivindicación 5, en el que el sustrato intermedio (170) comprende además un material seleccionado del grupo que consiste en: una placa de circuito impresa, un material fotorresistente, un material FR4, un material cerámico.
8. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que el sustrato intermedio (170) tiene pasos vía conductores (178) que se llenan con un material eléctricamente conductor para hacer que el paso (178) sea conductor.
9. El sustrato intermedio (170) de la reivindicación 5, en el que cada uno de los pasos vía conductores (178) se comunica eléctricamente con un faldón conductor discreto al final del paso en al menos una de las caras del sustrato intermedio (170).
10. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que los enlaces eléctricamente conductores comprenden enlaces de protuberancias.
11. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que los enlaces eléctricamente conductores comprenden enlaces de protuberancias de soldadura.
12. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que los enlaces eléctricamente conductores comprenden un adhesivo conductor.
13. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, en el que los enlaces eléctricamente conductores comprenden un adhesivo anisotrópicamente conductor.
14. El dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de sustratos detectores (90) y una pluralidad de sustratos de lectura ASIC (130) unidos a un único sustrato intermedio.
15. Un método para producir el dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1, que comprende los pasos de:
proporcionar un sustrato intermedio que tiene una cara de entrada y una cara de salida, una pluralidad de pasos vía conductores discretos que tienen dos extremos, un primer extremo en la cara de entrada dispuesto en un patrón de pasos de entrada correspondiente a un patrón de píxeles de un sustrato detector, y un segundo extremo en la cara de salida dispuesto en un patrón de pasos de salida correspondiente a un patrón de contactos de transmisión de un sustrato de lectura, y
aplicar enlaces eléctricamente conductores a los pasos vía conductores y a cualquier contacto de cables en una cara del sustrato intermedio para proporcionar una cara de sustrato intermedia con contactos eléctricamente conductores;
colocar un sustrato semiconductor apropiado en yuxtaposición con la cara de sustrato intermedia con contactos eléctricamente conductores, con los contactos eléctricamente conductores muy próximos a los contactos correspondientes en el sustrato semiconductor; y
hacer que los contactos eléctricamente conductores en condiciones apropiadas de calor y presión se unan o se adhieran a los contactos eléctricamente conductores del sustrato intermedio y a los contactos correspondientes en el sustrato semiconductor para producir el dispositivo de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 1,
caracterizado por que
el sustrato intermedio tiene una pluralidad de contactos de cable en la cara de salida dispuestos en un patrón de contactos de cable correspondiente a un patrón de contactos E/S de una superficie de lectura, estando los contactos de cable en comunicación eléctrica con unas plaquitas de unión de cable montadas en un borde periférico del sustrato intermedio.
16. Un método para producir un dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 15, en el que los enlaces eléctricamente conductores comprenden enlaces de protuberancias.
17. Un método para producir un dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 15, en el que los enlaces eléctricamente conductores comprenden contactos unidos por protuberancias de soldadura.
18. Un método para producir un dispositivo (80) de formación de imágenes por radiación de la reivindicación 17, en el que el paso de aplicación y el paso de colocación comprenden:
aplicar protuberancias conductoras a los contactos conductores y a cualquier contacto de cable en una cara de un sustrato semiconductor para proporcionar una cara de sustrato semiconductor con contactos unidos por protuberancias de soldadura; y
colocar la cara de sustrato semiconductor con contactos unidos por protuberancias conductoras en yuxtaposición con una cara de sustrato intermedia apropiada del sustrato intermedio, con los contactos unidos por protuberancias conductoras muy próximos a los contactos correspondientes en la cara de sustrato intermedia apropiada.
19. Un método para producir un dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 15, en el que los enlaces eléctricamente conductores comprenden un adhesivo conductor.
20. Un método para producir un dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 19, en el que el paso de aplicación y el paso de colocación comprenden:
aplicar un adhesivo conductor a los contactos conductores y a cualquier contacto de cable en una cara de un sustrato semiconductor para proporcionar una cara de sustrato semiconductor con contactos conductores revestidos de adhesivo; y
colocar la cara de sustrato semiconductor con los contactos conductores revestidos de adhesivo en yuxtaposición con una cara de sustrato intermedia apropiada del sustrato intermedio, con los contactos conductores revestidos de adhesivo muy próximos a los contactos correspondientes en la cara de sustrato intermedia apropiada.
21. Un método para producir un dispositivo (80) de formación de imágenes por energía de radiación de la reivindicación 19 o la reivindicación 20, en el que el adhesivo conductor es un adhesivo anisotrópicamente conductor.
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