探测器装置和阵列面板

技术领域

本发明涉及安检领域，具体地，涉及探测器装置和阵列面板。

背景技术

半导体探测器以其较高的探测效率、较高的能量分辨率受到广泛的关注，被应用到辐射探测的各项应用中，例如环境辐射检测中的核素识别仪、计量报警仪等；国家安全中的物品检测如物品机、工业CT；医疗应用中的CT、牙科成像、PET、SPECT等。

需要一种性能改善的半导体型探测器装置。

发明内容

本公开的实施例提供一种探测器装置，包括：半导体探测器，用于接收射线并将射线信号转换为电信号；半导体芯片，用于接收并处理半导体探测器的电信号；以及封装支架，用于接收半导体芯片的电信号并提供输出转接端口；其中，半导体探测器、半导体芯片以及封装支架构成叠层，使得半导体探测器布置在半导体芯片的一侧上，封装支架布置在半导体芯片的远离半导体探测器的一侧上。半导体芯片的电信号通过电连接从半导体芯片的侧部或远离半导体探测器的底侧引至封装支架的侧面或远离半导体芯片的底侧。

在一个实施例中，半导体芯片还包括形成在半导体芯片表面的芯片读出端口，用于将半导体芯片的输出电信号引导至半导体芯片的侧面或远离半导体探测器的底侧。

在一个实施例中，封装支架包括封装读入端口，形成在封装支架的侧面或远离半导体芯片的底侧。

在一个实施例中，探测器装置包括绑线，所述绑线电连接所述芯片读出端口和所述封装读入端口，或者

探测器装置配置成所述芯片读出端口和所述封装读入端口分别对齐，以便能够使用导电胶将所述芯片读出端口和所述封装读入端口分别一一对应地搭接实现电连接。

在一个实施例中，半导体芯片和封装支架在半导体探测器上的正投影位于半导体探测器内。

在一个实施例中，封装支架的中心区域被去除，使得所述封装支架抵接所述半导体芯片的周边区域。

在一个实施例中，探测器装置还包括封装导热金属，所述封装导热金属通过封装导热胶附接至所述半导体芯片的远离半导体探测器的底侧。

在一个实施例中，封装导热金属被所述封装支架包围。

在一个实施例中，封装支架的中心区域被部分去除，使得所述封装支架的中心区域的厚度减小，在所述封装支架的远离所述半导体芯片的一侧具有凹部。

在一个实施例中，探测器装置还包括位于所述封装支架的凹部的封装导热金属，所述封装导热金属通过封装导热胶附接至封装支架的远离所述半导体芯片的一侧。

在一个实施例中，探测器装置还包括散热装置，所述散热装置附接至所述封装导热金属的远离半导体芯片的一侧表面。

在一个实施例中，半导体探测器包括多个像素电极，形成在半导体探测器的朝向半导体芯片的一侧表面，并且，半导体探测器的多个像素电极通过柱状导电胶电连接至半导体芯片的表面。

在一个实施例中，半导体芯片包括位于远离半导体探测器的一侧的底侧导热材料，使得半导体芯片的朝向半导体探测器的一侧的半导体器件和电路产生的热被传导至所述底侧导热材料。

在一个实施例中，半导体芯片包括多个通孔，在多个通孔中设置通孔导热材料，以便将半导体芯片的朝向半导体探测器的一侧的半导体器件和电路产生的热量传导至所述底侧导热材料。

本公开还提供一种阵列面板，包括多个上述的探测器装置；其中，所述探测器装置以阵列或矩阵的方式排列并且拼接，使得多个探测器装置的半导体探测器被拼接构成接收射线的探测面。

附图说明

图1为根据本公开一个实施例的探测器装置的截面示意图；

图2为根据本公开一个实施例的探测器装置的一部分的侧视示意图；

图3为根据本公开一个实施例的探测器装置的截面示意图；

图4为根据本公开一个实施例的两个探测器装置拼接的截面示意图；

图5为根据本公开一个实施例的阵列基板的平面示意图，其中包括拼接的四个探测器装置；

图6为根据本公开一个实施例的探测器装置的一部分的侧视示意图；

图7为根据本公开一个实施例的探测器装置的截面示意图，其中封装支架在附图右部被单独示出；

图8为根据本公开一个实施例的探测器装置的截面示意图，其中封装支架在附图右部被单独示出；

图9为根据本公开一个实施例的探测器装置的截面示意图；

图10为根据本公开一个实施例的探测器装置的截面示意图。

具体实施方式

本公开的实施例提供一种探测器装置10，包括：半导体探测器1、半导体芯片3和封装支架5，三者构成叠层，其中半导体探测器1布置在半导体芯片3的一侧上，封装支架5布置在半导体芯片3的远离半导体探测器1的一侧上。半导体探测器1用于接收射线并将射线信号转换为电信号。半导体探测器1的一个表面用于接收射线，例如X射线、伽马射线等；半导体探测器1可以将射线转换为光信号或电信号。本实施例中，半导体探测器1包括例如碲锌镉探测器(CZT，Cadmium Zinc Telluride)、碲化镉探测器(CdTe，Cadmium Telluride)、锗探测器(Ge，Germanium)、砷化镓探测器(GaAs，Gallium Arsenide)、碘化铅探测器(PbI

在本公开的一种实施例中，探测器装置可以是光子计数型探测器，其中半导体芯片可以是光子计数型读出芯片。光子计数型探测器工作原理：射线与半导体探测器发生作用，会产生电信号；光子计数型读出芯片会对探测器中的电信号进行放大、滤波、成形，芯片中还包括计数功能，当射线的能量超过设定阈值时，计数器会加一。探测器被分成二维的像素阵列，每个像素对应着读出芯片的一个通路，该通路能够实现对所对应探测器像素的电信号采集和计数。通过整个像素阵列的对射线的采集和计数实现光子计数二维成像功能。面阵光子计数型半导体辐射探测器在应用过程中需要拼接成大的面积来实现对较大对象的成像。但是，目前受到晶体生长工艺的限制，性能较优的半导体探测器的尺寸在几个厘米的量级，因此，探测器模块的设计需要能够实现，4面可拼接，这样，通过多个模块的拼接实现大面积的成像探测。

光子计数型读出芯片的设计十分复杂，不仅需要基本的单像素信号的放大、滤波、成形、计数，还需要加入多个像素之间的符合算法功能；同时，在应用小像素光子计数型面阵探测器时，像素越小，成像的空间分辨率就越好，因此，需要在单位平方厘米的面积上集成数百个信号读出通路，因此会导致芯片的功耗比较大，多个模块拼接应用时，整个系统的散热会成倍增加，芯片的散热会严重影响到探测器的性能。当芯片处于工作状态时，产生的热量非常多，通常会达到60摄氏度以上，探测的性能会随着温度增高而变差。同时，探测器模块的噪声与探测器像素电极、读出芯片之间的连接线长相关，连接线越长寄生电容越大噪声也就越大。因此，在整个模块的设计中，要考虑半导体探测器晶体与读出芯片之间的线长，使其尽量缩短，减少寄生电容对系统的影响。

半导体探测器1可以包括多个像素电极，形成在半导体探测器1的朝向半导体芯片3的一侧表面，并且，半导体探测器1的多个像素电极通过柱状导电胶2电连接至半导体芯片3的表面3-1。半导体探测器1包括多个小的单元或区域，这些小的单元能够感测对应的小的范围内射线的强度，将射线转换为电信号被读出芯片3收集和处理，从而形成能够分辨的图像。

半导体芯片3用于接收并处理半导体探测器1的电信号和封装支架5；半导体芯片3包括半导体器件和线路。此处半导体芯片3可以是未封装的芯片，其可以具有半导体基体(例如上述的半导体)，例如如图1中左侧部分示出半导体芯片3具有一定厚度，此为示意地表示半导体芯片3是具有一定厚度的半导体基体，在半导体基体上形成有半导体器件以及连接线路。半导体器件和连接线路可以形成在半导体芯片3的朝向半导体探测器1的一侧，在图1中，半导体器件可以形成在半导体芯片3的顶侧或上侧，例如顶侧表面3-1。

封装支架5用于接收半导体芯片3的电信号并提供输出转接端口。在一些实施例中，封装支架5可以看作转接板。封装支架5可以包括提供输出的接口，以便将从半导体芯片3接收的信号或者说半导体芯片3输入至封装支架5的电信号输出至外部。

在本公开的一个实施例中，半导体芯片3的电信号通过电连接从半导体芯片3的侧部或底侧3-2的边缘引至封装支架5的底侧5-2或侧部。在现有的类似探测器装置中，半导体芯片3的电信号由横穿半导体芯片3的通孔传递给封装支架5，这导致制造工艺要求高、加工困难，而本实施例的电连接方式允许用简单的方式电连接半导体芯片3和封装支架5。

进一步地，在一个实施例中，如图2给出的半导体芯片3和封装支架5的侧面视图所示，半导体芯片3还包括形成在半导体芯片3的表面(可以是顶侧表面3-1和侧部表面)的芯片读出端口6-1，用于将半导体芯片3的输出电信号引导至半导体芯片3的侧面或底侧表面3-2的边缘。封装支架5包括封装读入端口6-2，形成在封装支架5的侧面或底侧的表面5-2。芯片读出端口6-1可以是形成在半导体芯片3表面的金属线路。封装读入端口6-2可以是形成在封装支架5表面的金属线路。金属线路可以通过蒸镀、溅射等方式形成。在一种实施例中，芯片读出端口6-1可以是形成在半导体芯片3表面的电极，封装读入端口6-2可以是形成在封装支架5表面的电极；它们可以分别形成在半导体芯片3和封装支架5的四个侧面上，并且可以是多个，数量可以根据需要确定。在如图2所示的实施例中，探测器装置10中设置绑线4电连接芯片读出端口6-1和封装支架5表面的封装读入端口6-2。图2中示出半导体芯片3的侧面设置有四个芯片读出端口6-1，封装支架5的侧面设置有四个封装读入端口6-2，绑线4的两端分别焊接或其他方式电连接芯片读出端口6-1和封装读入端口6-2，从而实现两者的电连接；应该理解，半导体芯片3侧面的芯片读出端口6-1的数量和封装支架5侧面的封装读入端口6-2的数量可以根据实际需要进行设置。

图6示出本公开的另一个实施例，图6是另一个实施例中的半导体芯片3和封装支架5的侧面视图。在图6示出的实施例中，半导体芯片3的侧面的四个芯片读出端口6-1和封装支架5的侧面的四个封装读入端口6-2对齐，一个芯片读出端口6-1和一个对应的封装读入端口6-2通过导电胶5-1实现电连接。导电胶5-1直接粘附/搭接在芯片读出端口6-1和封装读入端口6-2的界面上，实现两者的电连接。在本实施例中，半导体芯片3的侧面与封装支架5的侧面基本上是对齐的，或者说基本上在一个平面内。

在图6的实施例中，半导体芯片3和封装支架5被图示为两个尺寸接近或甚至相同。在其他实施例中，半导体芯片3和封装支架5的尺寸可以是不同的，例如，半导体芯片3的尺寸比封装支架5大，或者说，封装支架5在半导体芯片3上的投影在半导体芯片3内。

本公开给出多个实施例说明了半导体探测器1、半导体芯片3和封装支架5三者的尺寸和布置。在图1和3示出的实施例中，半导体芯片3和封装支架5在半导体探测器1上的正投影位于半导体探测器1内。根据本公开的实施例，半导体芯片3和封装支架5两者之间的尺寸大小不被限制，例如图3示出的实施例中半导体芯片3的尺寸与封装支架5的尺寸接近相同，图1示出的实施例中半导体芯片3的尺寸大于封装支架5的尺寸；然而，本公开的探测器装置10中，半导体探测器1的尺寸满足半导体芯片3和封装支架5在半导体探测器1上的正投影位于半导体探测器1内。

在图1、图4、图7、图8示出的实施例中，半导体芯片3的尺寸可以接近半导体探测器1。在如图所示的实施例中，半导体芯片3的芯片读出端口6-1位于半导体芯片3的底侧表面3-2的边缘，封装读入端口6-2位于封装支架5的底侧表面5-2；应该知道，半导体芯片3的芯片读出端口6-1也可以位于半导体芯片3的侧面，封装读入端口6-2还可以位于封装支架5的侧面，如图3、图9、图10所示。应该知道，根据本公开的实施例的教导，在一个实施例中，半导体芯片3的芯片读出端口6-1位于半导体芯片3的底侧表面3-2的边缘，同时封装读入端口6-2可以位于封装支架5的侧面；在另一实施例中，半导体芯片3的芯片读出端口6-1也可以位于半导体芯片3的侧面，封装读入端口6-2位于封装支架5的底侧表面5-2。

本公开的实施例的布置是有利的，在图3中，半导体探测器1的侧边延伸的范围通过虚线示出，在图3的横向范围，半导体芯片3和封装支架5都不超过虚线，即都在虚线的左侧，从而当探测器装置10和另一个探测器装置10靠近时，两个探测器装置10的半导体探测器1可以相互抵接，而两个探测器装置10的半导体芯片3或封装支架5会间隔开一个间隙或空间。在此间隙或空间内，可以设置绑线4。

图4示意地示出了两个探测器装置10并排布置的示意图。在图4中，绑线4电连接半导体芯片3的底侧和封装支架5的侧面。由于封装支架5具有比半导体探测器1小的尺寸，因此当两个探测器装置10的半导体探测器1靠近时，两个探测器装置10的封装支架5之间保留间隙或空间，两个探测器装置10的两者或之一的绑线4可以位于所述间隙或空间内。换句话说，绑线4不会妨碍两个探测器装置10的尽可能近的布置。

图5示出一种阵列基板的示意图，在图5中，仅示出阵列基板的四个探测器装置10。实际上，阵列基板可以具有更多的探测器装置10。例如，一个探测器装置10的尺寸可以是2cm×2cm，或者4cm×4cm，而一个阵列基板可以是100cm×100cm或更大的其他尺寸。探测器装置10的半导体探测器1能够尽可能地密排具有积极的效果，使得更多的射线被半导体探测器1探测而不是从半导体探测器1之间的缝隙泄漏或忽略。

探测器装置10的半导体探测器1在受到射线照射时会将射线转换为电信号，半导体芯片3接收到电信号并进行处理工作时后会发热，而半导体探测器1对温度敏感，因此需要对半导体芯片3及时散热以便避免半导体芯片3的温度升高而影响半导体探测器1的探测精度。

在本公开一个实施例中，半导体芯片3的远离半导体探测器1包括位于远离半导体探测器1的一侧的底侧导热材料，使得在半导体芯片3的朝向半导体探测器1的一侧的半导体器件和电路发热的时候，热量被传导至所述底侧导热材料。底侧导热材料可以是半导体芯片3的底侧的导热材料形成的膜层或离散的岛状膜层，或半导体芯片3的基体的底部中嵌入的导热材料。例如，在图1所示的探测器装置10中，由于半导体芯片3的远离半导体探测器1的一侧未布置器件或线路，因而可以在半导体芯片3的底侧设置铜层或离散的岛状铜层，由于铜层是热的良导体，其热量能够迅速散失至外部环境而使得温度降低，因而在半导体芯片3的顶侧和底侧之间形成温度差，半导体芯片3的热因而可以从半导体芯片3的顶侧向底侧传递。在另一实施例中，为了促进半导体芯片3的热从半导体芯片3的顶侧向底侧传递，半导体芯片3可以包括多个离散布置的通孔，在多个通孔中设置通孔导热材料(例如金属或合金)，以便将半导体芯片3的朝向半导体探测器1的一侧的半导体器件和电路产生的热量可以通过通孔中的通孔导热材料(例如金属或合金)传导至半导体芯片3的底侧导热材料。通孔导热材料也可以是铜、铝等金属，通孔可以是多个。在本实施例中，半导体芯片3上设置多个离散分布的通孔，这些通孔中填充通孔导热材料，例如铜或铝等导热率高的金属或合金，通孔导热材料将半导体芯片3的热传递至半导体芯片3的底侧导热材料，例如铜或铝等金属或合金，而底侧导热材料将热散发至环境中。半导体芯片3的顶侧的温度高于半导体芯片3底侧的温度，因而热可以从半导体芯片3的顶侧传递至半导体芯片3的底侧。

在一个实施例中，如图1所示，封装支架5的中心大部分被去除，所述封装支架5抵接所述半导体芯片3的周边区域，半导体芯片3的底侧的大部分因而可以被裸露至空气中，从而有利于半导体芯片3底侧的底侧导热材料的热散失至环境中，底侧导热材料的温度因而不会升高。

图7示出本公开的一个实施例，图7的右侧部分示出封装支架5的俯视图。在本实施例中，封装支架5可以是板，并且中心部分被去除，因而呈环状。图7的左侧部分示出探测器装置10，其中封装支架5抵接所述半导体芯片3的周边区域。在本实施例中，封装支架5中心区域被去除，封装支架5抵接所述半导体芯片3的底侧的周边区域，而半导体芯片3的底侧的中心区域的部分不接触封装支架5。为了提高散热效果，本实施例中，提供封装导热金属8，例如铜、铝、锡等或这些热的良导体的合金，封装导热金属8通过封装导热胶7附接至所述半导体芯片3的底侧的中心区域。在图7中，封装导热金属8被所述封装支架5包围。在其他实施例中，封装导热金属8与封装支架5不接触，换句话说，封装导热金属8在半导体芯片3上的投影位于封装支架5在半导体芯片3上的投影内。

图8示出本公开的一个实施例，图8的右侧部分示出封装支架5的俯视图。在本实施例中，封装支架5可以是板，由绝缘材料构成，并且中心部分被部分去除，使得所述封装支架5的中心区域的厚度减小，封装支架5的一侧具有凹部，同时另一侧为平面。图8的左侧部分示出探测器装置10，其中封装支架5的平面的一侧(即顶侧)抵接所述半导体芯片3的底侧，并且半导体芯片3的底侧和封装支架5的平面的一侧(即顶侧)之间可以添加导热胶等材料。在本实施例中，半导体芯片3的底侧和封装支架5的顶侧接触面积大，提高了耦合效果，散热效果好；封装支架5中心区域被部分去除而形成凹部，为了提高散热效果，提供封装导热金属8，例如铜、铝、锡等或这些热的良导体的合金，封装导热金属8通过封装导热胶7附接至所述封装支架5中心区域的凹部。在图8中，封装导热金属8与所述封装支架5的凹部的侧面壁抵接。在其他实施例中，封装导热金属8可以不与所述封装支架5的凹部的侧面壁抵接，换句话说，封装导热金属8在封装支架5上的投影位于封装支架5的凹部的投影内。

在图7和图8示出的实施例中，探测器装置10还可以包括散热装置9。所述散热装置9附接至所述封装导热金属8的远离半导体芯片3的一侧表面。散热装置9可以是可以为散热片，散热风扇、珀尔帖、导热铜管等，能够有效地加快封装导热金属8的散热。

本公开还提供一种阵列面板，包括多个上述的探测器装置10。在本实施例中，所述探测器装置10以阵列或矩阵的方式排列并且拼接，使得多个探测器装置10的半导体探测器1被拼接构成接收射线的探测面。一般探测器装置10的半导体探测器1面积小，探测的区域小，例如当用于人体探测成像时，一个半导体探测器1完全不够用于提供人体的完整的断面图像，因而需要将多个探测器装置10拼接，构成一个面积与被检对象接近的阵列面板。每个探测器装置10之间能够密排是重要的，这可以避免探测器装置10之间构成的间隙不能够探测射线造成信息遗漏和射线泄漏。本公开的探测器装置10能够允许多个探测器装置10相互靠近并且半导体探测器1相互抵接，从而获得探测面上基本上没有间隙的阵列基板。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

在本公开中，半导体探测器1、半导体芯片3和封装支架5可以看作扁平的并且具有一定的物理厚度，三者的层叠是相对于扁平的第一表面、顶面(或顶侧)或第二表面、底面(或底侧)来说的，侧部或侧面可以是相对的顶面和底面之间的侧面；而一侧可以是半导体探测器、半导体芯片和封装支架的一个顶面(或顶侧)或底面(或底侧)。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个；“上”、“下”仅为了表示图示的结构中的部件的方位，而不是限定其绝对方位；“第一”、“第二”用于区分不同部件的名称而不是为了排序或表示重要性或主次分别。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本公开的范围。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。