用于探测器的读出芯片

技术领域

本公开涉及X射线辐射领域，并且更具体地涉及X射线辐射系统中的用于探测器的读出芯片。

背景技术

X射线成像系统通常由探测器、读出电路/芯片、数据传输与存储和上位机软件构成，其中，探测器通常是线阵或者面阵的光电探测器，读出电路/芯片用于读出探测器的电信号，它和探测器都是成像系统的核心器件。

但是，对于面阵探测器和其读出芯片直接倒装的工艺复杂、可靠性低，探测器的能量分辨率能力还不够高。

发明内容

为了解决上述问题，在本申请的第一方面中，提供了一种用于探测器的读出芯片，可以包括：分布于所述读出芯片的中心区域处的布置成矩阵的多个像素输入焊盘PAD；分布于所述读出芯片的边缘处的与所述像素输入PAD不同的辅助PAD；分布于所述多个像素输入PAD和所述辅助PAD之间的至少一个保护环内部PAD；以及分布在所述辅助PAD同侧的保护环打线PAD，其中，所述至少一个保护环内部PAD与所述保护环打线PAD相连，以通过所述保护环打线PAD向所述至少一个保护环内部PAD施加偏压，且所述至少一个保护环内部PAD与所述保护环打线PAD之间的连接线不与所述读出芯片中的其他连接线互连。

根据本申请的第一方面，在施加在所述保护环打线PAD的偏压大于所述读出芯片的电源电压的情况下，所述至少一个保护环内部PAD与所述保护环打线PAD之间的互连线通过其他金属线进行屏蔽。

根据本申请的第一方面，在所述读出芯片用于三边拼接的探测器的情况下，所述辅助PAD、所述保护环打线PAD、以及所述至少一个保护环内部PAD均设置在不被拼接的一侧。

在本申请的第二方面中，提供了一种探测器模块，可以包括：探测器；以及读出芯片，所述探测器倒装在所述读出芯片上，所述读出芯片包括：分布于所述读出芯片的中心区域处的布置成矩阵的多个像素输入焊盘PAD；分布于所述读出芯片的边缘处的与所述像素输入PAD不同的辅助PAD；分布于所述多个像素输入PAD和所述辅助PAD之间的至少一个保护环内部PAD；以及分布在所述辅助PAD同侧的保护环打线PAD，其中，所述至少一个保护环内部PAD与所述保护环打线PAD相连，以通过所述保护环打线PAD向所述至少一个保护环内部PAD施加偏压，且所述至少一个保护环内部PAD与所述保护环打线PAD之间的连接线不与所述读出芯片中的其他连接线互连。

根据本申请的第二方面，在施加在所述保护环打线PAD的偏压大于所述读出芯片的电源电压的情况下，所述至少一个保护环内部PAD与所述保护环打线PAD之间的互连线通过其他金属线进行屏蔽。

根据本申请的第二方面，在所述读出芯片用于三边拼接的探测器的情况下，所述辅助PAD、所述保护环打线PAD、以及所述至少一个保护环内部PAD均设置在不被拼接的一侧。

在本申请的第三方面中，提供了一种X射线系统，其包括根据第二方面所述的探测器模块。

本申请通过在读出芯片内部设计专用于与探测器的保护环电极互联的PAD，这样可以达到简化探测器模块的倒封装工艺、提高探测器模块的可靠性、降低探测器模块的成本以及进一步提高探测器模块的能量分辨能力。

附图说明

通过参考附图详细描述本公开的实施例，本公开的上述和其它实施例和特征将变得更清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的X射线成像系统中的探测器和读出电路的示例布置的图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的36×36像素光子计数读出芯片的版图设计示意图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的具有适用于保护环焊盘PAD的读出芯片的版图设计示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。

应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。

此外，这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

将理解的是，与术语相应的单数形式的名词可包括一个或更多个事物，除非相关上下文另有明确指示。如这里所使用的，诸如“A或B”、“A和B中的至少一个”、“A或B中的至少一个”、“A、B或C”、“A、B和C中的至少一个”以及“A、B或C中的至少一个”的短语中的每一个短语可包括在与所述多个短语中的相应一个短语中一起列举出的项的所有可能组合。如这里所使用的，诸如“第1”和“第2”或者“第一”和“第二”的术语可用于将相应部件与另一部件进行简单区分，并且不在其它方面(例如，重要性或顺序)限制所述部件。

如这里所使用的，术语“电路”可包括以硬件、软件或固件实现的单元，并可与其他术语(例如，“逻辑”、“逻辑块”、“部分”或“模块”)可互换地使用。模块可以是被适配为执行一个或更多个功能的单个集成部件或者是该单个集成部件的最小单元或部分。例如，根据实施例，可以以专用集成电路(ASIC)的形式来实现模块。

应该理解的是，本公开的各种实施例以及其中使用的术语并不意图将在此阐述的技术特征限制于具体实施例，而是包括针对相应实施例的各种改变、等同形式或替换形式。除非本文另有明确定义，否则所有术语将给出其最广泛的可能解释，包括说明书中暗示的含义以及本领域技术人员理解的和/或字典、论文等中定义的含义。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。对于附图的描述，相似的参考标号可用来指代相似或相关的元件。以下将参考附图对本公开进行示例性描述。

·读出芯片

需要说明的是，在安检、无损检测和医学成像领域，为了在更低的X射线辐照剂量下，得到更好的图像质量，更准确的物质识别，通过研制大规模像素型探测器以及与之匹配的像素型单光子计数读出芯片(其为一种类型的读出电路/芯片)，通过倒装工艺实现像素型探测器电极和读出芯片的互联。互联后的探测器和芯片称之为探测器模块，一个典型的像素探测器模块如图1所示，它主要由PCB、读出芯片(或读出电路)、凸点和探测器组成。一个像素型探测器模块可以用来独立成像或能谱探测，也可以通过多个探测器模块拼接的方案实现更大面积的辐射成像或能谱探测。

为了实现像素型探测器模块的大面积成像或能谱探测，读出电路/芯片中的像素输入焊盘PAD通常分布于芯片内部矩阵中，而电源PAD、数据输入/输出模块的PAD、偏置电路的PAD及其他PAD通常由芯片的一边扇出；对于不需要多探测器拼接的芯片，除像素输入PAD分布于芯片中心位置，其他PAD可以分布在芯片四周。

图2示出了36×36像素光子计数读出芯片的版图设计示意图。图中像素单元的输入PAD分布于中心区域的矩阵中，而其他PAD，诸如电源PAD、数据输入/输出模块的PAD、偏置电路的PAD分布于芯片的右侧。通过如此排布，多个探测器模块可以在电源PAD、数据输入/输出模块的PAD和偏置电路PAD扇出方向其他三个方向进行拼接。

对于碲锌镉、碲化镉、硅等半导体单光子探测器，为了提高探测器能量分辨率能力，可以在探测器的阳极平面周围制作一圈保护环，该保护环可以用于形成电场和降低探测器的漏电流，可以实现单极性敏感的电荷收集方式，从而提高探测器能量分辨率能力。

然而，通常情况下，探测器的保护环离阳极边沿有一定的距离。由此，对于图1中通过倒封装技术实现探测器和读出电路/芯片互联的探测器模块中的像素探测器读出芯片，如果芯片的PAD依然按照图2那样排布，或者说芯片没有专门为探测器保护环电极设计一个互联PAD，那么探测器阳极平面的保护环电极需要通过其他方式引出并接到地电位或其他电位，比如可以通过在芯片和探测器之间专门制作金属导线用于连接探测器保护环电极。这会增加额外工艺步骤从而使探测器模块成本增加。如果探测器保护环悬空，那么制作保护环的优势将得不到发挥。

为了解决这个问题，本申请提供了一种用于探测器的读出芯片、由探测器和读出芯片构成的探测器模块、以及包括探测器模块的X射线系统，其中用于探测器的读出芯片可以包括：分布于读出芯片的中心区域处的布置成矩阵的多个像素输入焊盘PAD；分布于读出芯片的边缘处的与像素输入PAD不同的辅助PAD；分布于多个像素输入PAD和辅助PAD之间的至少一个保护环内部PAD；以及分布在辅助PAD同侧的保护环打线PAD，其中，至少一个保护环内部PAD与保护环打线PAD相连，以通过保护环打线PAD向至少一个保护环内部PAD施加偏压，且至少一个保护环内部PAD与保护环打线PAD之间的连接线不与读出芯片中的其他连接线互连。

图2中所示的36×36像素光子计数读出芯片的版图设计图为适用于三边可拼接的探测器模块的读出芯片的版图设计图。以下将以该适用于三边可拼接的探测器模块的读出芯片为例进行描述，但是本领域技术人员应当理解，本申请不限于此，本申请公开的原理可以根据需要用于任何合适的读出芯片。

图3示意性示出了根据本公开实施例的具有适用于保护环焊盘PAD的读出芯片的版图设计示意图。

如图3所示，多个像素输入PAD以矩阵形式分布在读出芯片的中心区域中，与像素输入PAD不同的其他辅助PAD(例如，电源PAD、数据输入/输出模块PAD、偏置电路PAD)分布于读出芯片的右侧(在本实例中，认为右侧是不需要拼接的一侧)。

为了不让保护环悬空，本申请在像素输入PAD与辅助PAD之间的区域中设置了保护环内部PAD(例如，图3中所示的17A和17B)，以用于在探测器倒装在读出芯片上时，保护环可以随探测器同时倒装在读出芯片上。

保护环要产生作用，需要向保护环施加偏压。为此，在靠近保护环内部PAD的附近位置处，设置了保护环打线PAD，以用于通过保护环打线PAD向保护环内部PAD施加偏压。在该示例中，可以将保护环打线PAD设置在辅助PAD的同侧处。本领域技术人员应当理解，保护环打线PAD的位置不限于此，例如，可以设置在保护环内部PAD下侧或上侧的位置处，这可以根据需求进行不同设置。

在使用时，保护环内部PAD 17A和17B与保护环打线PAD 17进行互联，且不同读出芯片内的其他金属连接线连接。

优选地，在施加在保护环打线PAD的偏压大于读出芯片的电源电压的情况下，可以利用地线或者其他金属线对保护环内部PAD 17A和17B与保护环打线PAD 17之间的连接线进行屏蔽，从而有效防止保护环内部PAD 17A和17B与保护环打线PAD 17之间的连接线对读出芯片内的其他连接线造成干扰。

在施加在保护环打线PAD的偏压小于读出芯片的电源电压的情况下，至少一个保护环内部PAD与保护环打线PAD之间的互连线可以通过其他金属线进行屏蔽也可以不屏蔽。

在示例性实施例中，可以根据需要在读出芯片的一侧上设置多组保护环内部PAD17A和17B与保护环打线PAD 17，例如图3中的附图标记18所示。

在示例性实施例中，保护环内部PAD的数量可以是一个或多个。

如上所述，图3中示出的芯片版图为适用于三边可拼接的探测器模块的芯片，在不需要拼接的探测器模块的情况下，可以在读出芯片的任一侧设置保护环内部PAD 17A和17B与保护环打线PAD 17。

备选地，可以将保护环内部PAD 17A和17B设置在读出芯片的一侧，而将保护环打线PAD 17设置在读出芯片的另一侧。

备选地，可以在辅助PAD之间设置保护环内部PAD 17A、17B和保护环打线PAD 17。

·探测器模块

以上已经参考图3描述了根据本申请实施例的改进的具有保护环内部PAD和保护环打线PAD的读出芯片。

基于这种改进的读出芯片，可以采用倒装技术将探测器倒装地安装在该改进的读出芯片上，同时将保护环对应的连接到读出芯片上的保护环内部PAD上，从而形成一种新的探测器模块。

·X射线系统

基于以上所述的新的探测器模块，可以形成一种新的X射线系统。

为了简化描述，再次不再对所述新的探测器模块以及包括其的新的X射线系统进行描述。

尽管以上实施例是以像素型光子单计数器芯片为例进行描述的，但是本领域技术人员应当理解，本公开中阐述的技术方案也可以用于于其它任何合适的电路中。

此外，尽管以上以半导体探测器为例进行了描述，但是本领域技术人员应当理解，探测器不限于半导体探测器，可以例如为如硅、光电二极管、碲锌镉、碲化镉；也不限于闪烁体或其他探测器，例如钙钛矿探测器。

以上描述是以硬件为主体进行阐述的，但是本领域技术人员应当理解，相应硬件能够对应地执行相应的方法。

为了简化描述，在此不再对硬件电路所执行的功能和方法进行详细阐述。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。