辐射检测器设备制造技术

本发明专利技术涉及一种辐射检测器设备，辐射检测器设备包括：检测器衬底，用于将X射线和/或伽马量子直接转换为电荷，其中检测器衬底包括半导体材料，半导体材料包括镉；具有读出触点的读出衬底；电荷收集器触点，用于收集来自所述检测器衬底的电荷；以及连接件，其中连接件将电荷收集器触点和读出触点电互连，其中连接件包括焊料连接件，其中焊料包括铋、锡和银。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】辐射检测器设备
本专利技术涉及一种辐射检测器设备、医学成像设备和用于生产辐射检测器设备的方法。本专利技术的辐射检测器设备是光子计数辐射检测器设备，光子计数辐射检测器设备特别适于具有强机械要求的医学应用(例如，CT扫描仪)。对于检测器衬底和读出衬底的连接件，使用包括铋、锡和银的焊料合金。
技术介绍
光子计数辐射检测器设备能够将电离辐射的能量直接转换为电荷。这些辐射检测器设备通常包括作为检测器衬底的延伸的半导体材料，例如，CdTe、CdZnTe(CZT)、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TlBr2或者HgI2。冲击电离辐射的能量被直接转换为电荷。电荷由电荷偏置电极(阴极)与读出触点(阳极)之间的电场分离。电荷收集器触点和读出触点由包括焊料连接件的连接件来连接。电荷在读出衬底(例如，ASIC)的输入处感应信号。例如经由焊线连接或者通过硅通孔，ASIC被连接至外围电子设备。诸如用于透视检查或者标准射线造影的诊断设备、具有C形臂或者计算机断层扫描仪(CT扫描仪)的X射线系统的医学成像设备是众所周知的。由于设备和测量的静态性质，对标准射线造影设备、透视检查等的机械要求非常宽松。然而，由于安装在C形臂上的辐射检测器设备的移动，或者在CT扫描仪的情况下，因为台架的旋转而产生的升高的G力，具有C形臂的基于X射线的计数系统(在很大程度上是CT扫描仪)已经提高了对辐射检测器设备的机械要求。此外，在CT操作期间，通过组合因开关动力循环(热循环)而产生的热机械应力，极大地放大了因升高的旋转G力而产生的机械应力。包括半导体材料(其包含镉，例如，CdTe或者CdZnTe)的光子计数检测器设备具有超过医学成像领域中其他半导体材料的提升的性能(例如，适当的检测效率)。除了因热循环而产生的热机械应力之外，包括镉(例如，CdTe或CdZnTe(CZT)等)的半导体材料是对温度敏感的，并且在暴露于高于180℃的温度时，其X射线或者伽马检测性能强烈劣化。因此，它们需要低温焊料来键合检测器衬底和读出衬底。总之，需要在强机械要求下允许使用辐射检测器设备的焊料，该焊料提供低融化温度并且结合热循环来承受升高的G力，并且出于环境的原因，该焊料应当是无铅的焊接材料。FayHua、ZequnMei和JudyGlazer的文件IEEEElectron.Compon.AndTechnol.Conf.1998pp.277-283(doi:10.1109/ECTC.1998.678706)公开了一种作为备选无铅焊料的共晶SnBi。公开了共晶58Bi-42Sn焊料作为消费品应用中针对63Sn-37Pb焊料的潜在备选方案。US6933505涉及一种凸块键合辐射成像设备，其中使用低温二元SnBi合金来进行凸块键合。然而，由于其机械和热机械性能较差，二元合金SnBi不是非常适合于在包括光子计数检测器的、受到热应力和机械应力的设备(例如，CT扫描仪)内使用。US5368814A1和EP629467A1涉及无铅的锡-铋焊料合金。所公开的焊料合金在将集成电路芯片连接至芯片载体和衬底作为印刷电路板、将芯片载体连接至衬底、以及连接多层印刷电路板中的电路化焊区(land)和焊盘时特别有用。US5569433涉及一种具有改进的机械特性的无铅低熔点焊料。焊料合金可以用于制造制品，例如，焊料键合至子座的激光芯片或者表面安装电路板。然而，上述合金不能提供这样的焊料：该焊料提供在诸如CT扫描仪中存在的强烈的机械要求下，包括镉的检测器衬底所需的、以及其在X射线或γ射线计数辐射检测器设备内的使用所需的机械性能和热机械性能。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供辐射检测器设备，该辐射检测器设备对于具有强机械要求的医学应用是有用的。本专利技术的另外的目的是提供辐射检测器设备，辐射检测器设备包括温敏检测器衬底、以及在强机械条件下具有足够的机械和热机械稳定性的焊料连接件。本专利技术的另外的目的是提供包括所述辐射检测器设备的医学成像设备和用于生产所述辐射检测器设备的方法。为了解决上述问题并且实现该目的，提供了根据权利要求1所述的辐射检测器设备、根据权利要求12所述的医学成像设备、以及根据权利要求14所述的用于生产辐射检测器设备的方法。本专利技术涉及辐射检测器设备，辐射检测器设备包括：检测器衬底，用于将X射线和/或伽马量子直接转换为电荷，其中检测器衬底包括半导体材料，半导体材料包括镉；具有读出触点的读出衬底；电荷收集器触点，用于收集来自所述检测器衬底的电荷；以及连接件，其中连接件将电荷收集器触点和读出触点电互连，其中连接件包括焊料连接件，其中焊料包括铋、锡和银。辐射检测器设备包括包含检测器衬底体积的至少一个检测单元或者像素，其中体积由偏置电压的电场、电荷收集器触点、电荷收集器触点与读出触点之间的连接件、读出触点和提供所述像素的信号处理的读出衬底限定。辐射检测器设备可以包括像素化结构，像素化结构提供多个检测单元或者像素。像素数目可以是1,000,000或者甚至更大。多个辐射检测器设备可以被平铺，以形成检测器模块或者检测器阵列。辐射检测器设备可以被实现为包括单个检测器衬底和单个读出衬底的混合组件。在另一实施例中，辐射检测器设备可以被构造为包括多个检测器衬底和/或读出衬底的混合组件。在操作期间，检测器衬底通常面向辐射源，在检测器衬底前面可以存在盖(cover)或者其他部件。检测器衬底包括在检测器衬底前侧上的电荷偏置电极。检测器衬底进一步包括电荷收集器触点，电荷收集器触点可以是电荷收集器电极的一部分，并且位于检测器衬底的背侧处。在读出触点与电荷偏置电极之间可以施加电偏置场，以分离通过检测器衬底中的能量沉积(例如，通过光子)感应的电荷。检测器衬底包括半导体材料，半导体材料包含镉，镉有利于检测成像应用(尤其是医学成像应用)中的X射线或者伽马射线光子。读出衬底具有读出触点(例如，标准的金属化读出触点)。可以使用读出衬底和/或可以将读出衬底配置为提供信号的模拟和数字处理。可以将产生的信号引导至另外的数据处理单元。辐射检测器设备可以由外围控制器单元控制。检测器衬底与读出衬底之间的连接件包括焊料连接件。焊料连接件包括焊料。焊料包括锡、铋和银。焊料混合物可以简称为SnBiAg。例如，焊料可以用作例如呈焊料球或者焊膏形式的经预制的合金。在另一实施例中，焊接材料也可以与铜柱结合使用。除了在检测器衬底与读出衬底之间提供导电连接之外，连接件还用于将热量从检测器衬底朝向读出衬底和其他部件传递。在包括铋和锡的焊料中包含少量银导致相似的材料特性(例如，密度、热膨胀系数和融化温度)，但是同时获得了对焊料连接件或者焊接点的导热性和可靠性的改进。因此，可以实现辐射检测器设备的更长寿命。应当理解，银必须以可测量的量存在，而不仅仅作为痕量金属杂质。本专利技术进一步涉及包括辐射检测器设备的医学成像设备。医学成像设备包括辐射检测器设备。为了进行成像，医学成像设备使用X射线和/或伽马射线。由于包括镉的检测器衬底和包括SnBiAg的焊料连接件，医学成像设备受益于针对辐射检测器设备给定的优点，例如，超过其他焊料(例如，二元SnBi)的改进的热机械稳定性以及辐射检测器设备的更长的寿命。本专利技术涉及用于生产辐射检测器设备的方法，该方法包括多个步骤。在第一步骤中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射检测器设备，包括：‑检测器衬底，用于将X射线和/或伽马量子直接转换为电荷，所述检测器衬底包括半导体材料，所述半导体材料包括镉；‑具有读出触点的读出衬底；‑电荷收集器触点，用于收集来自所述检测器衬底的电荷；‑连接件，其中所述连接件将所述电荷收集器触点和所述读出触点电互连；‑其中所述连接件包括焊料连接件，其中所述焊料包括铋、锡和银。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种辐射检测器设备，包括：-检测器衬底，用于将X射线和/或伽马量子直接转换为电荷，所述检测器衬底包括半导体材料，所述半导体材料包括镉；-具有读出触点的读出衬底；-电荷收集器触点，用于收集来自所述检测器衬底的电荷；-连接件，其中所述连接件将所述电荷收集器触点和所述读出触点电互连；-其中所述连接件包括焊料连接件，其中所述焊料包括铋、锡和银。2.根据权利要求1所述的辐射检测器设备，其中所述检测器衬底还包括碲。3.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器设备，其中所述检测器衬底还包括锌。4.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器设备，其中所述焊料由铋、锡和银组成。5.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器设备，其中所述焊料包括按重量计在54％与60％范围之间的铋和按重量计在0.01％与2％范围之间的银。6.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器设备，其中所述焊料包括按重量计在0.05％与0.50％范围之间的银。7.根据前述权利要求中任一项所述的辐射检测器设备，其中所述焊料是无铅的。8.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·拉巴延德英扎，J·弗雷格，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE