Детекторный модуль

Полезная модель относится к устройствам на основе полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения и может найти применение для регистрации излучений в ядерной физике, а также при создании цифровых рентгеновских аппаратов. Технический результат, на который направлено заявляемое решение, состоит в разработке такой конструкции модуля, чтобы при установке двух модулей в сканирующий аппарат, детекторы в этих модулях были прижаты друг к другу и представляли два соседних ряда детекторов. При этом, за ограниченное время сканирования кадра можно накопить двойной заряд, а значит повысить контрастность изображения. Поставленная цель достигается тем, что в детекторный модуль, содержащий керамической подложку с металлической разводкой, с установленным на ней координатным детектором, а также специализированную интегральную микросхему для обработки и преобразования сигналов с каналов детектора (мультиплексор), в отличие от аналогов, введен металлический держатель ступенчатой формы, на верхнюю ступеньку, которого, приклеена, выполняющая роль адаптера, керамическая подложка с детектором, а координатный детектор установлен так, чтобы его выходные контакты лежали на металлической разводке подложки, на вторую ступеньку приклеена вторая подложка с интегральной микросхемой так, чтобы все компоненты, посаженные на вторую ступеньку, были ниже уровня общего контакта детектора, на третьей ступеньке создан столбик для установки второго модуля зеркально плоскости общего контакта детектора.

Полезная модель относится к устройствам на основе полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения и может найти применение для регистрации излучений или получения изображений в цифровых рентгеновских аппаратах.

Известны детекторные модули на основе полупроводниковых координатных детекторов ионизирующих излучений. С использованием таких модулей, содержащих ограниченное количество каналов (32-256), собирают полномасштабные детекторы на 1024 или 2048 каналов, предназначенные для сканирующих рентгеновских цифровых аппаратов. Известные модули содержат текстолитовую или керамическую основу с металлической разводкой, на которой размещены полупроводниковый координатный детектор и специализированная бескорпусная интегральная микросхема (мультиплексор), усиливающая сигналы с каналов детектора и преобразующая их в цифровой код, а также адаптер на керамической подложке, с помощью которого осуществляется переход с шага каналов детектора на шаг контактных площадок микросхемы [1].

В цифровых сканирующих рентгеновских аппаратах, применяемых в медицине, существует проблема набора определенной дозы излучения в каналах детектора за ограниченное время. Переход к использованию детекторов с меньшим шагом ведет к невозможности набора достаточной дозы за это время, а значит и получения приемлемой контрастности изображения. Эту проблему можно решить, если увеличить число рядов координатных детекторов, одновременно участвующих в наборе дозы при сканировании [1].

Известен модуль на основе детектора из арсенида галлия, в котором рентгеновские лучи попадают в торец детектора, параллельно контактам [2]. Детекторный модуль выполнен на текстолитовой основе и содержит детектор на 32 канала, специализированную микросхему на 32 канала для усиления сигналов с детектора и последующего счета количества импульсов с каждого канала, адаптер для согласования шага каналов детектора и микросхемы. В известном модуле координатный детектор, содержит полупроводниковый объем, на одной поверхности которого созданы выходные контакты детектора, а на другой сформирован общий контакт, который присоединен к подложке. При этом все проволочки, соединяющие каналы детекторов с адаптером находятся на поверхности модуля. Это делает невозможным установку двух модулей в сканирующий аппарат таким образом, чтобы детекторы в этих модулях были прижаты друг к другу и представляли два соседних ряда детекторов, что является недостатком модуля.

Наиболее близким по технической сущности является аналог, рассмотренный в работе [3]. Известный модуль выполнен на керамической подложке с металлической разводкой и содержит детектор из арсенида галлия, специализированные бескорпусные интегральные микросхемы для усиления импульсов с каналов детектора и преобразования их в цифровой код, а также адаптер на керамике, с помощью которого осуществляется переход с шага каналов детектора на шаг контактных площадок микросхемы. Детектор на плате устанавливают так, чтобы рентгеновское излучение поступало в торец детектора. В прототипе координатный детектор выполнен таким образом, что выходные контакты детектора лежат на одной стороне полупроводникового объема, а на другой сформирован общий контакт, который присоединен к подложке. При этом все золотые проволочки, соединяющие каналы детекторов с адаптером находятся на поверхности модуля.

Недостатком, данной конструкции модуля является невозможность установки двух модулей в сканирующий аппарат так, чтобы детекторы в этих модулях были прижаты друг к другу и представляли два соседних ряда детекторов.

Технический результат, на который направлено заявляемое решение, состоит в устранении указанного недостатка.

Поставленная цель достигается тем, что в известную конструкцию модуля, содержащего керамической подложку с металлической разводкой, с установленным на ней координатным детектором, а также специализированную интегральную микросхему для обработки и преобразования сигналов с его каналов (мультиплексор), введен металлический держатель ступенчатой формы, на верхнюю ступеньку, которого, приклеена, выполняющая роль адаптера, керамическая подложка с детектором, а координатный детектор установлен так, чтобы его выходные контакты лежали на металлической разводке подложки, на вторую ступеньку приклеена вторая подложка с интегральной микросхемой так, чтобы все компоненты, посаженные на вторую ступеньку были ниже уровня общего контакта детектора, на нижней третьей ступеньке создан столбик для установки второго модуля зеркально плоскости общего контакта детектора.

На фиг.1 схематично представлена одна из возможных конструкций предлагаемого модуля. Модуль содержит металлический держатель ступенчатой формы 1, на верхней ступеньке приклеена керамическая подложка 2 с металлической разводкой, выполняющая роль адаптера шага. На подложке 2 установлен координатный детектор 3, причем выходные контакты каналов детекторов лежат на разводке подложки 2 и соединены с ней, а общий контакт детектора 3 соединен проволочкой с соответствующей шиной питания на керамике 2. На второй ступеньке, на керамической подложке 4 установлена бескорпусная интегральная микросхема - 5 для усиления, интегрирования сигналов с каждого канала детектора и мультиплексирования этих сигналов. На подложке 4 кроме микросхемы 5 установлены другие элементы (конденсаторы, резисторы), так что все компоненты, посаженные на вторую ступеньку находятся ниже уровня общего контакта детектора. Каждый канал интегральной микросхемы соединен с разводкой на керамике 2, на третьей ступеньке создан металлический столбик 6 для установки второго модуля зеркально плоскости общего контакта детектора. На третьей, нижней ступеньке также лежит плата 7 с разъемом.

На фиг.2 схематично показаны два идентичных модуля, соединенные так, чтобы детекторы были прижаты друг к другу.

Пример конкретного выполнения. Для сканирующего аппарата создавали два одинаковых модуля. В каждом модуле металлический держатель 1 был изготовлен из стали. На верхнюю ступеньку держателя приклеивали керамическую подложку из поликора 2, на которой была создана металлическая разводка, покрытая гальванически выращенным золотом. Координатный детектор на 128 каналов из арсенида галлия с балочными выводами выходных контактов с каналов детектора устанавливался на подложку так, чтобы эти вывода лежали на разводке керамики 2. Вывода соединялись с соответствующими дорожками подложки методом термокомпрессии. На вторую ступеньку приклеивали вторую керамическую подложку 4, на которую устанавливали интегральную микросхему на 128 каналов. Контакты микросхемы соединяли с разводкой на керамике 2 и с разводкой керамике 4 методом термокомпрессионной сварки с ультразвуком. Затем производили сборку детекторов, для этого два модуля соединяли друг с другом, так чтобы общие контакты детекторов 2 и торцы столбиков 6 соприкасались, а сами модули были установлены зеркально плоскости общих контактов детектора.

В рабочем состоянии при подаче всех питающих и управляющих напряжений на детекторные модули рентгеновское излучение, первоначально прошедшее через коллиматор, поступало в торцы детекторов в виде параллельного потока квантов. Попадая в детекторы, кванты поглощались и вызывали появление неравновесных электронов и дырок в объеме детектора. Движение электронов и дырок в электрическом поле детектора создавало на выходных электродах детектора электрические импульсы, которые затем обрабатывались в микросхемах - 5. За время одного кадра в детекторах обоих модулей накапливался двойной заряд, который затем регистрировался и после соответствующей математической обработки был представлен визуально на мониторе в виде изображения объекта.

Таким образом, поставленная цель достигнута.

Источники информации:

1. М.Lundqvist. Silicon Strip detectors for Scanned Multi-Slit X-Ray Imaging. // Kung Tekniska, Hogskola, Fysiska Institutionen, Stockholm, 2003, p.41-60.

2. F.Dubecky, A.Perd'ochova, P.Scepko et.al., Digital X-ray portable scanner based on monolithic semi-insulating GaAs detectors: General description and first "quantum" images. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 546, 2005, p.118-124.

3. Айзенштат Г.И., Ардашев Е.Н., Воробьев А.П., и др. GaAs детекторы изображений в рентгеновских лучах // Электронная промышленность. - 2002. - N 2-3. - C.32-36

Детекторный модуль, содержащий керамическую подложку с металлической разводкой, с установленным на ней координатным детектором, а также специализированную интегральную микросхему для обработки и преобразования сигналов с каналов детектора (мультиплексор), отличающийся тем, что в него введен металлический держатель ступенчатой формы, на верхнюю ступеньку которого приклеена выполняющая роль адаптера керамическая подложка с детектором, а координатный детектор установлен так, чтобы его выходные контакты лежали на металлической разводке подложки, на вторую ступеньку приклеена вторая подложка с интегральной микросхемой так, чтобы все компоненты, посаженные на вторую ступеньку, были ниже уровня общего контакта детектора, на третьей ступеньке создан столбик для установки второго модуля зеркально плоскости общего контакта детектора.