МАТРИЦА ДЕТЕКТОРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H01L27/146 

Настоящее изобретение относится к матрицам детекторов рентгеновского излучения для использования в системах компьютерной томографии (computed tomography, сокращенно CT). Оно также находит применение в детектировании излучения, иного чем рентгеновское излучение, и в других медицинских и немедицинских применениях, где требуются матрицы чувствительных к излучениям детекторов.

Сканеры CT доказали, что являются неоценимыми в предоставлении информации, показывающей внутреннюю структуру объекта. Например, в рентгенографии сканеры CT широко используются для предоставления изображений и другой информации, показывающих физиологию людей-пациентов. Последние годы наблюдалось быстрое признание многосрезного CT, так как увеличение количества срезов или каналов может иметь некоторое количество преимуществ, таких как улучшенная возможность сканировать сердце и другие подвижные части анатомии, более короткие времена сканирования, улучшенная пропускная способность сканера, улучшенное осевое разрешение и охват и тому подобное.

Одно из следствий этой тенденции, однако, состоит в том, что требуемые детекторы рентгеновского излучения становятся все более и более сложными и дорогостоящими. В самом деле, детектор часто является одним из наиболее дорогостоящих компонентов, если не самым дорогостоящим компонентом, сканера CT. В качестве примера, сканеры CT предшествующего уровня техники предназначены для получения как раз 128 срезов за один оборот портала, и примерная система детекторов может требовать больше 80000 отдельных детекторных элементов или пикселей.

Ситуация дополнительно осложняется тем фактом, что зазоры или промежутки между пикселями в матрице могут оказывать отрицательное воздействие на качество изображения. Это требование имеет тенденцию ограничивать пространство, имеющееся в распоряжении для трассировки сигналов детекторов и для требуемой электроники считывания, которая преимущественно располагается в пространстве за детекторами.

Двухмерная (2D) система детекторов, пригодная для использования в многосрезных сканерах CT, раскрыта в патенте США под №6510195, озаглавленном «Solid State X-Radiation Detector Modules and Mosaics Thereof, and an Imaging Method and Apparatus for Employing Same» («Твердотельные модули детекторов рентгеновского излучения и мозаичная мишень из них и способ и устройство получения изображений для применения таковых»), каковой патент в прямой форме включен в материалы настоящей заявки посредством ссылки во всей своей полноте. Как более основательно обсуждено в патенте, модули детекторов в такой системе включили в себя сцинтиллятор в оптической связи с матрицей фотодиодов. Слой металлизации, имеющий множество металлических площадок, расположенных на неосвещаемой стороне матрицы фотодиодов, обеспечил электрический контакт с различными фотодиодами. Площадки приведены в соответствие шагу и расстановке фотодиодов. Следовательно, площадки, в свою очередь, были присоединены пайкой к отдельной несущей подложке. Несущая подложка, в свою очередь, включила в себя множество проводящих слоев, скомпонованных в рисунок схемы и присоединенных к контактным площадкам на другой стороне подложки. Контактные площадки обеспечивают точки соединения для электроники считывания. В еще одном раскрытом варианте осуществления ASIC (специализированная интегральная схема), имеющая входные соединения, которые соответствуют шагу и расстановке фотодиодов, были присоединены непосредственно к площадкам. Некоторое количество модулей детекторов было собрано, с тем чтобы формировать мозаичную 2D-матрицу.

Несмотря на то, что такая система детекторов действительно эффективна, остается место для улучшения. Например, остается желательным дополнительно снижать себестоимость детектора, упрощать производственный процесс и улучшать гибкость и надежность детекторной конструкции.

Аспекты настоящего изобретения принимают меры в ответ на эти и другие вопросы.

Согласно первому аспекту изобретения детектор излучения включает в себя сцинтиллятор, матрицу фотодетекторов и электронику сигнальной обработки. Матрица фотодетекторов включает в себя полупроводниковую подложку, включающую в себя множество фотодетекторных элементов в оптической связи с сцинтиллятором, и металлизацию, сформированную на стороне полупроводниковой подложки, противоположной сцинтиллятору. Электроника сигнальной обработки несется на стороне матрицы фотодетекторов, противоположной сцинтиллятору. Металлизация включает в себя первое множество контактов, электрически присоединенных к фотодетекторным элементам, и второе множество контактов в электрической связи с первым множеством контактов и электроникой сигнальной обработки.

Согласно еще одному аспекту изобретения детектор излучения включает в себя полупроводниковую подложку, имеющую поверхность приема излучения и двумерную матрицу чувствительных к излучению детекторных элементов, которые детектируют излучение, принятое поверхностью приема излучения. Детектор включает в себя металлизацию, сформированную на стороне полупроводниковой подложки, противоположной поверхности приема излучения, металлизация включает в себя первые контакты и вторые контакты. Первые контакты электрически присоединены к матрице фотодетекторных элементов, а металлизация сконфигурирована для трассировки электрических сигналов с первых контактов на вторые контакты.

Согласно еще одному аспекту устройство включает в себя область исследования, постамент объекта, который поддерживает объект в области исследования, множество модулей детекторов излучения, размещенных в двумерной матрице. Модули детекторов содержат, включают в себя матрицу фотодетекторов, которая включает в себя полупроводниковую подложку, имеющую поверхность приема излучения, которая является обращенной к области исследования, и матрицу чувствительных к излучению детекторов. Модули детекторов также включают в себя по меньшей мере первый слой трассировки электрических сигналов, сформированный на стороне полупроводниковой подложки, противоположной поверхности приема излучения, с использованием технологии изготовления полупроводников, и электронику (205) сигнальной обработки, несомую матрицей фотодетекторов. По меньшей мере, первый слой трассировки сигналов физически размещен между полупроводниковой подложкой и электроникой сигнальной обработки, и по меньшей мере первый слой трассировки электрических сигналов электрически присоединен к электронике сигнальной обработки.

Специалисты в данной области техники будут принимать во внимание, кроме того, еще и другие аспекты настоящего изобретения по прочтению и осмыслению закрепленных фигур и описания.

Настоящее изобретение проиллюстрировано в качестве примера, а не ограничения, на прилагаемых чертежах, на которых одинаковые ссылки указывают подобные элементы и на которых:

фиг.1 изображает сканер CT;

фиг.2A, 2B и 2C изображают модуль детекторов;

фиг.3А, 3В, 3С и 3D изображают матрицу фотодетекторов и определенные связанные компоненты;

фиг.4 изображает модуль детекторов;

фиг.5 изображает этапы при изготовлении модуля детекторов;

фиг.6A, 6B, 6C, 6D и 6E изображают модуль детекторов во время различных стадий его изготовления;

фиг.7A и 7B изображают компоновку крышки для модуля детекторов;

фиг.8A, 8B и 8C изображают подсборку детектора;

фиг.9A, 9B и 9C изображают подсборку детектора;

фиг.10A и 10B изображают подсборку детектора;

фиг.11 изображает подсборки детектора, скомпонованные для формирования части аркообразного детектора.

Со ссылкой на фиг.1, сканер 10 CT включает в себя поворотную портальную часть 18, которая поворачивается вокруг области 14 исследования, и неподвижную портальную часть 19. Поворотный портал 18 поддерживает источник 12 излучения, такой как рентгеновская трубка. Поворотный портал 18 также поддерживает чувствительный к рентгеновскому излучению детектор 20, который противолежит дуге на противоположной стороне области 14 исследования. Рентгеновское излучение, вырабатываемое источником 12 рентгеновского излучения, проходит область 14 исследования и детектируется детектором 20. Постамент 16 объекта поддерживает объект, такой как человек-пациент в области 14 исследования. Постамент 16 предпочтительно является подвижным в согласовании с поворотом портала 18, с тем, чтобы обеспечивать спиральное сканирование.

Детектор 20 включает в себя множество модулей 22 детекторов, с каждым модулем 22, включающим в себя матрицу пикселей чувствительных к излучению детекторов. Множество модулей 22 детекторов скомпонованы, с тем чтобы формировать в целом аркообразную двумерную (2D) мозаичную матрицу детекторов, в которой пиксели в различных модулях 22 детекторов примыкают или являются иным образом по существу прилегающими к пикселям в одном или более соседних модулей 22. Как будет дополнительно обсуждено ниже, модули 22 детекторов преимущественно изготавливаются с использованием матриц подсвечиваемых сзади фотодиодов (BIP), имеющих еще одни слои металлизации, и соответствующие электрические контакты, изготовленные на их неосвещаемой стороне. Электроника считывания, несомая матрицей детекторов и присоединенная к контакту, предусматривает мультиплексоры, усилители, аналого-цифровые преобразователи и тому подобное, которые преобразуют относительно низкоуровневые аналоговые сигналы, вырабатываемые фотодетекторами, в цифровые сигналы.

В одной из реализаций детектор 20 включает в себя сто двадцать восемь (128) или более срезов. Отметим также, что модуль 22 детекторов или пиксели детекторов, заключенные в нем, могут быть скомпонованы, так что матрица детекторов является неравномерной. Например, пиксели в одной или более строках или столбцах могут быть смещены один от другого. Конфигурация так называемого сканера четвертого поколения, в которой детектор 20 перекрывает дугу в 360 градусов и остается неподвижным, в то время как источник 12 рентгеновского излучения поворачивается, также как плоскопанельные детекторы, тоже могут быть реализованы. Детектор, имеющий большее или меньшее количество срезов, может быть реализован подобным образом.

Система 24 сбора данных, предпочтительно несомая поворотным порталом 18, принимает выходные сигналы с множества модулей 22 детекторов и обеспечивает дополнительное мультиплексирование, передачу данных и подобные функциональные возможности. Блок 26 реконструкции перестраивает данные, полученные детектором 20, чтобы сформировать данные объемного изображения, показывающие объект, подвергаемый исследованию.

Компьютер общего применения служит в качестве пульта 44 оператора. Пульт 44 включает в себя удобное для восприятия человеком устройство вывода, такое как монитор или дисплей, и устройство ввода, такое как клавиатура и мышь. Резидентная часть программного обеспечения в пульте предоставляет оператору возможность управлять работой сканера, устанавливая требуемые протоколы сканирования, запуская и завершая проходы сканирования, просматривая и иным образом манипулируя данными объемного изображения, взаимодействуя со сканером и иным образом.

Контроллер 28 согласовывает различные параметры сканирования, как необходимо для выполнения требуемого протокола сканирования, в том числе параметры источника 12 рентгеновского излучения, перемещение ложа 16 пациента и работу системы 26 сбора данных.

Примерный модуль 22 детекторов показан на фиг.2A, 2B и 2C. Модуль 22 включает в себя сцинтиллятор 200, матрицу 202 фотодетекторов, крышку 203, электронику 205 считывания или сигнальной обработки и один или более разъемов 209.

Сцинтиллятор 200 находится в оптической связи с матрицей 202 фотодетекторов, так что свет, вырабатываемый сцинтиллятором 200 в ответ на падающее излучение 204, принимается поверхностью 207 приема света матрицы 202 фотодетекторов.

Матрица 202 фотодетекторов включает в себя полупроводниковую подложку 208 и металлизацию 210. Как проиллюстрировано на фиг.2, подложка 208 формирует традиционную матрицу BIP, в которой полупроводник 208 легирован, чтобы обеспечивать аноды 212 и другие компоненты фотодиодов в матрице.

Металлизация 210, сформированная на неосвещаемой стороне подложки 208, обеспечивает требуемые электрические межсоединения и трассировку сигналов между фотодиодами и электроникой 205 считывания, а также между электроникой 205 считывания и разъемом(ами) 209. Металлизация 210 предпочтительно сформирована с использованием известных КМОП (CMOS, комплементарных элементов металл-оксид-полупроводник) или других технологий обработки полупроводников в качестве части изготовления матрицы 202 фотодетекторов. Более точно, металлизация 210 включает в себя перемежающиеся диэлектрические и металлические слои, которые наносятся в такой же среде чистого помещения, как изготовление матрицы 208 BIP. Металлические слои типично изготавливаются из проводника, такого как алюминий или медь, наряду с тем, что диэлектрик типично изготавливается из оксида кремния (SiO), диоксида кремния (SiO₂), полиимида или другого пригодного диэлектрика. В любом случае наносится равномерное покрытие требуемого металла или диэлектрика и слой формируется по шаблону с использованием литографических способов для формирования требуемого рисунка схемы. Процесс повторяется до тех пор, пока не обеспечено требуемое количество слоев металлизации. Переходные отверстия обеспечивают электрические соединения между различными металлическими слоями.

Как проиллюстрировано, металлизация 210 включает в себя первый 210₁, второй 210₂ и третий 210₃ металлические слои. Изолирующие слои не показаны ради разборчивости. Первый слой 210₁ металлизации включает в себя соединительные площадки 214, электрически присоединенные к фотодиодам в матрице, и проводящие схемные дорожки 221, которые трассируют выходные сигналы фотодиодов, как требуется. Второй слой 210₂ металлизации также включает в себя соединительные площадки 216, 219, которые доступны с задней стороны 228 матрицы 202 фотодетекторов, и схемные дорожки. Третий слой 210₃ металлизации служит в качестве земляного слоя. Переходные отверстия 229 трассируют сигналы между слоями, по необходимости. Как проиллюстрировано, например, переходные отверстия трассируют сигналы из первого слоя 210₁ на дорожки и/или площадки во втором слое 210₂ для присоединения к входам электроники 205 считывания. В этом отношении, должно быть отмечено, что площадки 214 и дорожки 221 первого слоя 210₁ показаны в качестве находящихся на разных плоскостях или уровнях для облегчения иллюстрации соединений между ними. Второй слой 210₂ изображен подобным образом. В частности, каждый слой обычно является по существу плоским.

Электроника 205 считывания, которая типично включает в себя компоненты, такие как специализированная интегральная схема (ASIC) 206 и дискретные компоненты 209, такие как резисторы, конденсаторы или другие пассивные или активные схемы, установлена на соединительные площадки. Как проиллюстрировано на фиг.2A и 2B, ASIC 206 электрически присоединена через проволочные соединения 218 к площадкам 216, которые соответствуют геометрии и схеме расположения выводов ASIC 206. Кроме того, еще другие площадки 217 соответствуют геометрии и схеме расположения выводов компонентов 209, которые, в свою очередь, припаяны или другим образом присоединены к своим соответственным площадкам 217. К тому же, как проиллюстрировано, разъем(ы) 209 присоединен через паяные соединения 220 или иным образом присоединен к площадкам 219, которые соответствуют геометрии и схеме расположения выводов разъема(ов) 209.

Конкретное преимущество такой компоновки состоит в том, что электрические межсоединения, которые соответствуют топологии и другим требованиям электроники 205 считывания, могут наноситься относительно недорого. Более того, металлизация 210 может уменьшать сложность несущей подложки, которая была использована для обеспечения различных межсоединений, или, как показано на фиг.2, полностью занимает ее место.

Слой 222 экрана излучения, изготовленный из ослабляющего излучение материала, такого как вольфрам, молибден или свинец, и расположенный между матрицей 202 фотодетекторов и ASIC 206, может быть предусмотрен для защиты ASIC 206 от отрицательных воздействий ионизирующего излучения, которое, иначе, не поглощается сцинтиллятором 200 или матрицей 202 фотодетекторов. Электростатический экран 224 (не включенный в фиг.2A для легкости иллюстрации) также может быть предусмотрен для экранирования некоторой или всей электроники 205 считывания от отрицательных воздействий электрических полей, падающих с задней стороны модуля 22 детекторов. Слой теплопроводного эпоксидного компаунда 226, размещенного между экраном 224 и ASIC 206 и/или между экраном 224 и крышкой 203, содействует рассеянию тепла, вырабатываемого ASIC 206.

Крышка 203 служит для защиты электрической схемы 205 и неосвещаемой стороны 228 матрицы 202 фотодетекторов. Чтобы дополнительно помогать в рассеянии тепла, вырабатываемого ASIC 206, крышка 203 может изготавливаться из алюминия, теплопроводной керамики или другого теплопроводного материала. Герметик 230 (не показанный на фиг.2A для легкости иллюстрации), такой как эпоксидный или подобный компаунд, размещенный в пространстве между крышкой 203 и неосвещаемой стороной 228 матрицы 202 фотодетекторов, обеспечивает структурную прочность и иным образом защищает электронику 205 считывания от загрязняющих веществ.

Как проиллюстрировано, электроника 205 считывания и разъемы 209 расположены на ограниченной плоскости, определенной поверхностью 207 приема излучения матрицы фотодетекторов. Как будет приниматься во внимание, такая конфигурация облегчает сооружение мозаичных матриц детекторов.

Фиг.3А, 3В, 3С и 3D изображают матрицу 202 фотодетекторов и примерную трассировку первого 210₁, второго 210₂ и третьего 210₃ слоев металлизации более подробно. Со ссылкой на фиг.3B, дорожки в первом слое 210₁ металлизации трассируют относительно низкоуровневые аналоговые сигналы с различных контактов 214 фотодиодов в окрестность требуемых соединительных площадок 216 во втором слое 210₂ металлизации. Переходные отверстия присоединяют дорожки в первом слое к соответствующим дорожкам во втором слое 210₂ металлизации, каковые дорожки, в свою очередь, присоединяются к площадкам 216. Со ссылкой на фиг.3C, дорожки во втором слое 210₂ металлизации трассируют большей частью высокоуровневые сигналы питания и цифровой индикации между площадками 216 и соединительными площадками 219, которые соответствуют геометрии и схеме расположения выводов разъема(ов) 209. Сигналы в и с других элементов или компонентов схемы могут трассироваться подобным образом. Более того, сигналы также могут трассироваться прямо между площадками 214 фотодиодов и разъемов 219. Со ссылкой на фиг.3D, третий слой 210₃ металлизации предпочтительно расположен между первым 210₁ и вторым 210₂ слоями металлизации и включает в себя земляной слой или экран 316, который электрически присоединен к заземлению.

Как будет приниматься во внимание, отделение относительно низкоуровневых сигналов детекторов от сигналов питания и цифровых сигналов имеет тенденцию снижать нежелательное взаимодействие между ними. Большее или меньшее количество слоев 210 металлизации (например, один (1), два (2) или четыре (4), большее количество слоев) могут быть реализованы, так как количество и конфигурация таких слоев 210 и соединения между ними, в целом, являются функцией плотности и сложности требуемых межсоединений, характеристик различных электрических сигналов, а также требуемого экранирования между ними.

Несмотря на то, что ASIC 206 была описана в качестве являющейся присоединенной проводами к своим соответствующим площадкам 216, она может быть микросхемой с шариковыми выводами или присоединяться пайкой к подходящим образом сконфигурированным соединительным площадкам 216 с использованием наплывов 402 припоя, как показано на фиг.4.

Изготовление модуля 22 детекторов далее будет описано со ссылкой на фиг.5 и 6.

На этапе 502, и со ссылкой на фиг.6A, подложка 208 обрабатывается, например, чтобы выпускать традиционную матрицу BIP.

На этапе 504, и со ссылкой на фиг.6B, требуемая металлизация 210 наносится на неосвещаемую сторону подложки 208 для формирования матрицы 202 фотодетекторов.

На этапе 506, и со ссылкой на фиг.6C, различные компоненты электроники 208 считывания прикреплены к задней стороне матрицы 202 фотодетекторов, например, в качестве операции пайки оплавлением, при которой электроника 205 считывания и разъемы 209 припаиваются к соответствующих площадкам 216, 217, 219, сформированным на задней поверхности 228 металлизации 210. В тех случаях, когда ASIC 206 или другие компоненты присоединяются посредством проводных соединений 218, требуемые проводные соединения также применяются. В тех случаях, когда используется, экран 222 излучения типично устанавливался бы до операции пайки или проводного соединения, как применимо. Отметим, что проводящий эпоксидный компаунд или другие подходящие материалы также могут использоваться вместо припоя, где требуется.

На этапе 508, и со ссылкой на фиг.6D, накладываются теплопроводное связующее вещество 226 и электростатический экран 224 (если таковые имеют место) и устанавливается крышка 203.

На этапе 510, и со ссылкой на фиг.6E, герметик 230 вводится в пространство или пространства между крышкой 203 и задней стороной матрицы 202.

На этапе 512 сцинтиллятор 200, если таковой имеет место, крепится к поверхности 207 приема света матрицы 202.

Фиг.7A и 7B изображают альтернативные компоновки крышки. Как проиллюстрировано на фиг.7A, крышка 203 сформирована из первой части 203a крышки и теплопроводной части 203b крышки. Первая часть 203a крышки отливается под давлением или иным образом изготавливается из относительно недорогого материала, такого как пластмасса или другой полимер. Теплопроводная часть 203b изготавливается из относительно более теплопроводного материала, такого как алюминий или теплопроводная керамика. Первая 203a и вторая 204b части соединяются вслед за изготовлением первой части 203a. В качестве альтернативы, первая часть 203a крышки может отливаться или иным образом формироваться вокруг теплопроводной части 203b крышки. В любом случае теплопроводная часть 203b предпочтительно конфигурируется для обеспечения относительно действенного теплопроводного тракта, который помогает рассеянию тепла, вырабатываемого ASIC 206 и другими требуемыми частями электроники 205 считывания.

Со ссылкой на фиг.7B, модуль 22 детекторов снабжен теплопроводным элементом 702 конструкции, который аналогичен теплопроводной части 203b крышки, описанной выше относительно фиг.7A. Вслед за установкой проводящего элемента 703a конструкции защитное покрытие 704, такое как полимер или герметик, затем напрессовываются или иным образом наносятся на заднюю сторону модуля 222 детекторов.

Кроме того, еще возможны другие варианты. Например, матрица 202 фотодетекторов может быть реализована с использованием освещаемых спереди фотодиодов, в которых электрические соединения фотодиодов сформированы на освещаемой стороне матрицы. В таком случае матрица 202 фотодетекторов преимущественно снабжена сквозными отверстиями или переходными отверстиями, которые трассируют сигналы фотодиодов на неосвещаемую сторону матрицы 202 фотодиодов. Матрица 202 фотодиодов также может выпускаться с использованием подходящих технологий фотодетекторов или фотодиодов, таких как диоды с положительным-собственным-отрицательным переходом (PIN), фотодетекторы из комплементарного металло-оксидного полупроводника (КМОП) или лавинные фотодиоды, работающие в линейном или однофотонном режимах.

Как также будет приниматься во внимание, сцинтиллятор 200 может изготавливаться из традиционного сцинтиллирующего материала, такого как сероокись гадолиния (GOS) и вольфрамат кадмия (CdWO₄), который обычно выбирается на основании спектральных, связанных с инерционностью, и других требований конкретного применения. Сцинтиллятор 200 также может быть не включен в состав, особенно в применениях, в которых модуль 22 детекторов используется для детектирования светового излучения или излучения с длиной волны, которая соответствует спектральной характеристике матрицы 202 фотодетекторов. Спектральные детекторы излучений, которые выдают выходные сигналы, показывающие более чем один энергетический спектр, также предполагаются.

Модули 22 детекторов также могут собираться, чтобы формировать одну или более подсборок детекторов, которые, в свою очередь, собираются, чтобы формировать в целом аркообразную матрицу детекторов. Далее, обращаясь к фиг.8A и 8B, подсборка 800 детекторов включает в себя множество модулей 22₁, 22₂ … 22_n детекторов, печатную плату 802 и кронштейн 804. Печатная плата 802 заключает в себе свободные от материала области 806₁, 806₂ … 806_n и разъем 808. Разъемы 209 модулей 22 детекторов припаиваются или иным образом присоединяются к первой стороне печатной платы 802. Печатная плата 802 несет проводящие дорожки 812, которые присоединяют модули 22 детекторов к разъему 808. Проиллюстрированная конфигурация дорожек 812 особенно полезна в тех случаях, когда модули 22 детекторов вырабатывают цифровые выходные сигналы, которые могут передаваться шлейфом.

Кронштейн 804, который преимущественно изготавливается из металла или другого теплопроводного материала, крепится со второй стороны печатной платы 802. Кронштейн 804 включает в себя выступы 810, которые проходят через свободные от материала области, чтобы создавать тепловой контакт с крышками 203, а более точно, частями крышки с большей теплопроводностью, различных модулей 22 детекторов. Кронштейн 804, в свою очередь, используется для монтажа подсборки 800 в качестве части большей, в целом аркообразной, матрицы детекторов для использования в сканере CT или другом требуемом применении.

Конкретное преимущество вышеизложенной компоновки состоит в том, что различные модули 22 детекторов могут выравниваться относительно друг друга и печатной платы 802 перед операцией пайки. Согласно такой компоновке допуски отдельных детекторов 22 являются менее критичными, а печатная плата 802 служит в качестве опоры для центрирования многочисленных подсборок 800.

Альтернативные конфигурации подсборки 900 детекторов показаны на фиг.9A, 9B и 9C. Модули 22 детекторов крепятся к кронштейну 902 с использованием винтов 904 или других подходящих крепежей. Соединители 209 различных модулей 22 детекторов по очереди припаиваются к печатным платам 904a, 904b.

Еще одна конфигурация подсборки детекторов показана на фиг.10A и 10B. Как проиллюстрировано, подсборка 1000 детекторов включает в себя множество модулей 22₁, 22₂ … 22_n детекторов, а также первую 1002 и вторую 1004 печатные платы. Разъемы 209 модулей 22 детекторов припаяны или иным образом присоединены к первой печатной плате 1002. Еще одни теплоотводы могут помещаться между модулями 22 детекторов и первой печатной платой 1002 и быть в тепловой связи с крышками 203. Электрические соединения 1006 между печатными платами 1002, 1004 обеспечиваются через гибкие платы или другие походящие соединения. Механические соединения между печатными платами 1002, 1004 обеспечиваются посредством подходящих компоновок, таких как скобы 808, клейкие соединения и тому подобное. Вторая печатная плата 1004 также может быть реализована в виде гибкой платы, таким образом, избегая необходимости в соединениях 1006.

Со ссылкой на фиг.11, требуемое множество подсборок детекторов, таких как подсборки 900₁, 900₂, 900₃, 900₄, 900₅, собирается по очереди, с тем чтобы сформировать в целом аркообразную матрицу детекторов с требуемым угловым фактором.

Конечно, модификации и изменения будут приходить некоторым на ум после прочтения и осмысления предшествующего описания. Предполагается, что изобретение будет истолковываться в качестве включающего в себя все такие модификации и изменения, насколько они подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к матрицам детекторов рентгеновского излучения для использования в системах компьютерной томографии. Технический результат - улучшение качества изображения, упрощение конструкции детектора. Модуль (22) детекторов излучения, особенно хорошо пригодный для использования в применениях компьютерной томографии (СТ), включает в себя сцинтиллятор (200), матрицу (202) фотодетекторов и электронику (205) сигнальной обработки. Матрица (202) фотодетекторов включает в себя полупроводниковую подложку (208), содержащую множество фотодетекторов и металлизацию (210), изготовленную на неосвещаемой стороне подложки (208). Металлизация трассирует электрические сигналы между фотодетекторами и электроникой (205) сигнальной обработки и между электроникой (205) сигнальной обработки и электрическим разъемом (209). 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Детектор излучения, содержащий:
сцинтиллятор (200);
матрицу (202) фотодетекторов, содержащую:
полупроводниковую подложку (208), включающую в себя множество фотодетекторных элементов в оптической связи с сцинтиллятором;
металлизацию (210), сформированную на стороне полупроводниковой подложки, противоположной сцинтиллятору;
электронику (205) сигнальной обработки, несомую на стороне матрицы фотодетекторов, противоположной сцинтиллятору;
при этом металлизация включает в себя первое множество контактов (214), электрически присоединенных к фотодетекторным элементам, и второе множество контактов (216, 217, 219) в электрической связи с первым множеством контактов и электроникой сигнальной обработки.

2. Детектор излучения по п.1, в котором металлизация включает в себя первый и второй слои (210₁, 210₂) металлизации.

3. Детектор излучения по п.2, в котором первое множество контактов размещено в первом слое, а второе множество контактов размещено во втором слое.

4. Детектор излучения по п.1, в котором электроника сигнальной обработки включает в себя интегральную схему (206).

5. Детектор излучения по п.4, в котором интегральная схема присоединена пайкой ко второму множеству контактов.

6. Детектор излучения по п.1, в котором металлизация включает в себя токопроводящие схемные дорожки (221), которые формируют по меньшей мере часть токопроводящего тракта между первым множеством контактов и вторым множеством контактов.

7. Детектор излучения по п.1, дополнительно содержащий электрический разъем (209), приспособленный для обеспечения электрического соединения, внешнего по отношению к детектору излучения, при этом металлизация формирует по меньшей мере часть токопроводящего тракта между электроникой сигнальной обработки и разъемом.

8. Детектор излучения по п.1, в котором фотодетекторные элементы включают в себя подсвечиваемые сзади фотодиоды.

9. Детектор излучения по п.1, включающий в себя крышку, которая включает в себя первую часть (203а, 704), изготовленную из относительно теплоизоляционного материала, и вторую часть (203b, 702), изготовленную из относительно теплопроводного материала, при этом электроника сигнальной обработки включает в себя интегральную схему (206), и при этом вторая часть обеспечивает теплопроводный тракт между интегральной схемой и наружной стороной детектора излучения.

10. Детектор излучения по п.9, в котором первая часть включает в себя отлитый под давлением полимер.

11. Детектор излучения по п.1, в котором множество фотодетекторных элементов скомпонованы в матрице, которая определяет ограниченную плоскость, и при этом электроника сигнальной обработки размещена в пределах ограниченной плоскости.

12. Детектор излучения, содержащий:
полупроводниковую подложку (208), имеющую поверхность (207) приема излучения и включающую в себя двумерную матрицу чувствительных к излучению детекторных элементов, которые детектируют излучение, принимаемое поверхностью приема излучения;
металлизацию (210), сформированную на стороне полупроводниковой подложки противоположной поверхности приема излучения, при этом металлизация включает в себя первые контакты (214) и вторые контакты (216, 217, 219), первые контакты электрически присоединены к матрице фотодетекторных элементов, а металлизация сконфигурирована для трассировки электрических сигналов между первыми и вторыми контактами.

13. Детектор излучения по п.12, в котором матрица чувствительных к излучению детекторных элементов имеет первое физическое размещение, при этом детектор излучения приспособлен для использования с электроникой сигнальной обработки, имеющей второе физическое размещение, которое отлично от первого физического размещения, и при этом вторые контакты соответствуют второму физическому размещению.

14. Детектор излучения по п.13, при этом детектор излучения приспособлен для использования с электроникой сигнальной обработки, которая присоединена проводами ко вторым контактам.

15. Детектор излучения по п.12, в котором металлизация включает в себя электрические проводники (221), которые обеспечивают по меньшей мере часть токопроводящих трактов между первыми и вторыми контактами.

16. Детектор излучения по п.15, в котором металлизация включает в себя первый (210₁) и второй (210₂) слои металлизации.

17. Детектор излучения по п.12, в котором металлизация включает в себя контакты, приспособленные для присоединения к электрическому разъему.

18. Детектор излучения по п.17, дополнительно включающий в себя электрический разъем (209) и печатную плату (802), при этом электрический разъем присоединен к контактам, приспособленным для присоединения к электрическому разъему и печатной плате, чтобы обеспечивать электрическое соединение между ними.

19. Детектор излучения по п.12, в котором фотодетекторами являются фотодетекторы КМОП.

20. Детектор излучения по п.12, включающий в себя электронику (205) сигнальной обработки, присоединенную ко вторым контактам.

21. Детектор излучения по п.20, в котором электроника сигнальной обработки включает в себя интегральную схему (206), которая является одной из присоединенной пайкой или присоединенной проводами ко вторым контактам.

22. Детектор излучения по п.21, включающий в себя электрический разъем (209), оперативно присоединенный к электронике сигнальной обработки и электрически присоединенный к металлизации.

23. Детектор излучения по п.22, включающий в себя сцинтиллятор в оптической связи с поверхностью приема излучения.

24. Детектор излучения по п.20, включающий в себя крышку, размещенную на стороне детектора излучения, противоположной поверхности приема излучения, при этом крышка включает в себя первую часть (203а, 704), изготовленную из первого относительно теплоизоляционного материала, и вторую часть (203b, 702), изготовленную из относительно теплопроводного материала, и при этом вторая часть находится в тепловой связи с электроникой сигнальной обработки.

25. Устройство для компьютерной томографии, содержащее область (14) исследования и постамент (16) объекта, который поддерживает объект в области исследования, множество модулей (22) детекторов излучения, размещенных в двумерной матрице, при этом модуль детекторов содержит:
матрицу (202) фотодетекторов, включающую в себя:
полупроводниковую подложку (208), имеющую поверхность (207) приема излучения, которая является обращенной на область исследования и включает в себя матрицу чувствительных к излучению детекторов;
по меньшей мере первый слой (210₁, 210₂, 210₃) трассировки электрических сигналов, сформированный на стороне полупроводниковой подложки, противоположной поверхности приема излучения, с использованием технологии изготовления полупроводников;
электронику (205) сигнальной обработки, несомую матрицей фотодетекторов;
при этом по меньшей мере первый слой трассировки сигналов физически размещен между полупроводниковой подложкой и электроникой сигнальной обработки, и при этом по меньшей мере первый слой трассировки электрических сигналов электрически присоединен к электронике сигнальной обработки.

26. Устройство по п.25, включающее в себя второй слой (210₂) трассировки электрических сигналов.

27. Устройство по п.26, в котором первый и второй слои трассировки сформированы с использованием технологии металлизации.

28. Устройство по п.26, в котором электроника сигнальной обработки включает в себя ASIC.

29. Устройство по п.28, в котором ASIC присоединена пайкой к матрице фотодетекторов.

30. Устройство по п.25, в котором модули детекторов размещены в мозаичной матрице.

31. Устройство по п.25, в котором модули детекторов излучения размещены в аркообразной 2D-матрице.

32. Устройство по п.25, в котором модули детекторов включают в себя сцинтиллятор, размещенный между поверхностью приема излучения и областью исследования.

33. Устройство по п.25, в котором модули детекторов включают в себя электрический разъем, несомый матрицей фотодетекторных детекторов и в электрической связи с электроникой сигнальной обработки, и при этом по меньшей мере первый слой трассировки формирует по меньшей мере часть токопроводящего тракта между электроникой сигнальной обработки и электрическим разъемом.

34. Устройство по п.33, включающее в себя печатную плату и теплопроводный элемент конструкции, при этом разъемы соответственных модулей детекторов электрически присоединены к печатной плате, и при этом теплопроводный элемент конструкции термически присоединен к стороне модуля детектора, которая противоположна поверхности приема излучения.

35. Устройство по п.34, в котором печатная плата включает в себя свободную от материала область, а часть теплопроводного элемента конструкции выступает через свободную от материала область.

36. Устройство по п.34, в котором модули фотодетекторов включают в себя крышку, размещенную на стороне модуля, противоположной поверхности приема излучения, и при этом теплопроводный элемент конструкции прикреплен к крышке механическим крепежом.