CN109891589B - 检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测器，能够通过计数电路的设计在相邻的读出芯片的边缘附近确保像素配置的空间。检测器是检测放射线的二维混合像素阵列型的检测器，具备：检测部，通过各像素(115)对入射到区域内的放射线进行检测；以及多个读出芯片(120)，包含与每个像素(115)连接的计数电路(121)，沿着检测面上的固定方向，计数电路(121)的设定间距比像素(115)的设定间距小，像素和与像素对应的计数电路彼此所占据的区域至少部分地重叠，在重叠的区域内进行连接。

Description

检测器

技术领域

本发明涉及检测放射线的二维混合像素阵列型的检测器。

背景技术

在光子计数方式的二维混合像素阵列检测器中，在检测面配置多个像素，在其背后配置读出通过像素检测出的计数值的读出芯片。由于读出芯片比检测面小，因此一般会在检测面的背面铺设多个读出芯片。

为了铺设多个读出芯片，需要在彼此的读出芯片间设置空隙。以往，对于芯片间的空隙，与其他位置的像素不同地形成与空隙匹配的像素。图8是表示以往的检测部910以及读出芯片920的后视图。在检测部910，原则上规则地配置有一致形状的像素915，但在读出芯片920的边缘之间的附近，像素915的形状、位置不规则，配置有大的像素915。

图9是表示以往的像素915和计数电路921的配置的后视图。像素915和计数电路921以相同的设定间距进行配置，对像素915分配的计数电路921的区域整体与像素915重叠。由于在读出芯片920的边缘之间附近配置有大的像素915，因此检测信号的位置信息会丧失，也可能发生计数电路中的计数遗漏。图10是表示以往的检测数据图像的图。如图10所示，在检测数据图像中，以与其他区域不同的亮度来显示读出芯片的边缘之间。这样，在读出芯片的边缘之间的附近，检测条件与其他区域不同，需要对原始的计数值进行修正。

在修正中，已知将计数值变换为在没有空隙时规则地配置的虚拟像素的计数值的方法。此时，以与像素的面积比相应的分配来修正计数值(例如，参照非专利文献1、2)。

在先技术文献

非专利文献

非专利文献1：P.Kraft，A.Bergamaschi，Ch.Broennimann，R.Dinapoli，E.F.Eikenberry，B.Henrich，I.Johnson，A.Mozzanica，C.M.Schleputz，P.R.Willmott andB.Schmitt，“Performance of single-photon-counting PILATUS detector modules”，Journal of Synchrotron Radiation，(2009).16，368-375

非专利文献2：Marten Jan Bosma，“On the Cutting Edge of SemiconductorSensors”，Institute for High Energy Physics，21-12-2012

发明内容

发明要解决的课题

然而，即使如上述那样进行修正，如果使与相邻的读出芯片的边缘重叠的位置的像素的面积比其他位置的像素大，则在对由该像素检测出的放射线的强度进行修正时，位置信息就会丢失。此外，在设置了尺寸大的像素的情况下，在电路的响应性不充分时，会产生计数遗漏。此外，在铺设中，由于读出芯片的间隔狭窄，在安装时会产生边缘的接触，不合格发生率会上升。

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种检测器，即使通过计数电路的设计而在相邻的读出芯片的边缘附近不是特殊形状的像素，也能够充分地确保连接。

用于解决课题的手段

(1)为了实现上述目的，本发明的检测器是检测放射线的二维混合像素阵列型的检测器，其特征在于，具备：检测部，通过各像素对入射到区域内的放射线进行检测；以及多个读出芯片，包含与每个所述像素连接的计数电路，沿着检测面上的固定方向，所述计数电路的设定间距比所述像素的设定间距小，所述像素和与所述像素对应的计数电路彼此所占据的区域至少部分地重叠，在所述重叠的区域内进行所述连接。

这样，由于沿着检测面上的固定方向，计数电路的设定间距比像素的设定间距小，因此即使在相邻的读出芯片的边缘附近不是特殊形状的像素，也能够充分地确保连接。其结果是，能够与读出芯片的边缘无关地设计像素的形状以及配置，能够在整面配置相同形状的像素。

此外，以往能够正确地得到在相邻的读出芯片的边缘附近丢失的位置信息，不需要数据的修正。在读出芯片间的位置设置有尺寸大的像素的情况下，虽然由于电路的响应性不充分而产生计数遗漏，但能够减小像素尺寸，能够防止计数遗漏。由于能够增大相邻的读出芯片的边缘的距离，因此安装变得容易。

(2)此外，本发明的检测器的特征在于，在所述多个读出芯片中，距离与相邻的读出芯片的边缘对置的本读出芯片的边缘最近的计数电路和所述像素的连接位置处于所述边缘侧的区域。由此，能够在使计数电路的设定间距比像素的设定间距小的同时进行相互的连接。而且，能够在相邻的读出芯片的边缘附近确保像素配置的空间，能够配置与其他区域的像素相同形状的像素。

(3)此外，本发明的检测器的特征在于，在所述读出芯片中，所述像素和所述计数电路的连接位置以线对称或者点对称进行分布。由此，像素和与该像素对应的计数电路的连接变得容易，能够以固定规格的连接来制造检测器。

(4)此外，本发明的检测器的特征在于，所述像素的形状为矩形。由此，像素尺寸的调整、连接部分的配置等设计、满足这些设计的检测器的制造就变得容易。

(5)此外，本发明的检测器的特征在于，相邻的所述读出芯片的边缘之间的距离为30μm以上。由此，在配置相邻的读出芯片彼此时所要求的精度得到缓和，并且能够防止因边缘接触而产生的不良情况。

(6)此外，本发明的检测器的特征在于，从所述计数电路向端子侧的连接是通路结构。由此，在设置有多个读出芯片的检测模块的端部不需要引线，能够成为使检测模块之间变窄的结构。其结果是，能够构成能将检测模块相连来检测大的范围的检测器。

发明效果

根据本发明，即使通过计数电路的设计而在相邻的读出芯片的边缘附近不是特殊形状的像素，也能够充分地确保连接。

附图说明

图1是表示第1实施方式的检测系统的结构的一例的概略图。

图2是表示第1实施方式的检测器以及数据处理装置的功能性结构的框图。

图3是表示第1实施方式的(a)检测部以及读出芯片的后视图，(b)是表示检测部以及读出芯片的侧剖视图。

图4是表示第1实施方式的像素和计数电路的配置例的后视图。

图5是遍及第1实施方式的读出芯片整体来表示计数电路以及连接部的配置例的后视图。

图6是表示读出芯片120内的通路结构的侧剖视图。

图7是遍及第2实施方式的读出芯片整体来表示计数电路以及连接部的配置例的后视图。

图8是表示以往的检测部以及读出芯片的后视图。

图9是表示以往的像素和计数电路的对应关系的后视图。

图10是表示以往的检测数据图像的图。

具体实施方式

接下来，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。为了容易理解说明，在各附图中对相同的结构要素标注相同的参照编号，省略重复的说明。

[第1实施方式]

(检测系统的结构)

图1是表示检测系统10的结构的一例的概略图。如图1所示，检测系统10由放射线源20、试料S、检测器100以及数据处理装置500构成。

放射线源20例如是X射线源，使从作为阴极的灯丝放射出的电子束与作为对阴极的转子靶碰撞而产生X射线。从放射线源20放射的X射线是所谓的点聚焦的X射线束。另外，放射线源20可以是α射线、β射线、γ射线或者中子射线的射线源。

在转子靶的外周面例如设置有Mo或者Cu这样的金属。当电子与Mo靶碰撞时，放射包含作为特性线的MoKα射线(波长

)的X线。在电子与Cu靶碰撞时，放射包含作为特性线的CuKα线(波长/>

)的X射线。

试料S由试料支承装置支承。检测器100检测例如因试料S而发生衍射的衍射线或者荧光X射线那样的放射线。数据处理装置500对检测出的计数值进行处理，并输出检测结果。稍后描述检测器100以及数据处理装置500的详细内容。

(检测器以及数据处理装置的结构)

图2是表示检测器100以及数据处理装置500的功能性结构的框图。检测器100例如是检测X射线的光子计数方式的混合像素阵列型的二维半导体检测器。但是，不限于二维半导体检测器，也可以是一维半导体检测器。检测器100可以由单一的检测模块105构成，但优选具备多个检测模块105。检测模块105具备检测部110、读出芯片120。

检测部110具有多个放射线受光用的像素115，通过各像素115检测入射到区域内的放射线。在检测部110中，由多个像素115形成检测面，读出芯片120铺设在整个检测面。在读出芯片120内设置有按每个像素115分配的计数电路121。各像素115的形状能够通过后述的计数电路121的配置而在整个检测面设为相同。

各像素115的形状可以是三角形、六角形等多角形，但优选为矩形。由此，像素尺寸的调整、连接部分的配置等设计、满足这些设计的检测器的制造就变得容易。此外，矩形优选为正方形。

读出芯片120具有计数电路121以及计数器读出电路125。计数电路121被分配给每个像素115，像素115和被分配的计数电路121分别经由连接部130电连接。

计数电路121由分类电路121a以及计数器部121b构成。分类电路121a与多个像素115的每一个连接，进而计数器部121b与分类电路121a的每一个连接。计数器读出电路125与多个计数器部121b连接。

分类电路121a按每个放射线波长对像素115的脉冲信号进行分类并输出。计数器部121b对通过分类电路121a按每个波长分类的信号的各自的个数进行计数。计数器部121b例如内置与分类数相同数目的计数器电路，以便能够分别对由分类电路121a分类的数目的脉冲信号进行计数。计数器读出电路125按每个读出芯片120读出由各计数器部121b计数的数据。计数器读出电路125的输出信号是根据能量的阈值而分离出的放射线检测数据，通过通信线传送到数据处理装置500。

数据处理装置500例如是个人计算机。个人计算机例如由用于进行运算控制的CPU、用于存储数据的存储器、存储在存储器内的规定区域中的系统软件、以及存储在存储器内的其他规定区域中的应用程序软件等构成。

在数据处理装置500连接有作为受理用户的输入的输入部的键盘等。此外，在数据处理装置500连接有显示器、打印机等输出部。输出部按照来自数据处理装置500的指示输出测定结果。

(检测部和读出芯片)

图3(a)是表示检测部以及读出芯片的后视图。如图3(a)所示，检测部110的多个像素115被二维地阵列化，原则上以一致的形状规则地排列。但是，一部分像素115的形状、位置也可以是不规则的。在图3(a)所示的例子中，对检测部110铺设矩形板状的读出芯片120，在相邻的读出芯片120的相互的边缘之间设置有微小的空隙122。

另外，图3(a)省略计数电路121以及连接部130而简化地进行图示。此外，由于是从背面(受光面的相反侧)观察检测模块105的图，因此在放大图中，用虚线示出隐藏于读出芯片120的像素115。

图3(b)是表示从图3(a)的固定方向3b观察到的检测部110以及读出芯片120的侧剖视图。如图3(b)所示，检测部110和读出芯片120例如通过基于凸点接合的连接部130连接。

相邻的读出芯片120的边缘之间的空隙122的距离能够取充分大，优选为30μm以上。由此，在配置相邻的读出芯片120彼此时所要求的精度得到缓和，并且能够防止因边缘接触而产生的不良情况。

(像素和计数电路)

图4是表示像素115和计数电路121的配置例的后视图。如图4所示，对各像素115设置有读出芯片120内的计数电路121，像素115和计数电路121通过连接部130连接。通过像素115检测出放射线时的信号进入由连接部130连接的被单独分配的计数电路121而被进行计数。

计数电路121的尺寸(x、y方向的长度)比像素115的尺寸小。另外，在附图中，为了容易理解，用角尖锐的正方形表示像素，用圆角的正方形表示计数电路，但实际上并不限定于这样的形状(以下相同)。

在读出芯片120内的、距离与旁边的读出芯片120的边缘对置的边缘最近的计数电路121中，像素115和计数电路121的连接部130的位置优选处于计数电路121所占据的区域当中的边缘侧的区域。例如，在计数电路121-1中，连接部130-1进入到读出芯片120的角侧1/4的区域。

通过这样的配置，能够在使计数电路121的设定间距比像素115的设定间距小的同时进行相互的连接。而且，在相邻的读出芯片120的边缘附近，即使是小的像素也能够充分地确保连接，能够配置与其他区域的像素115相同形状的像素115。另外，读出芯片120内的四角的计数电路121的连接部130处于边缘侧的区域是有效的。

此外，在图4所示的例子中，沿着检测面上的x、y方向，计数电路121的设定间距比像素115设定间距小。即，计数电路的中心的配置间隔比像素115的中心的配置间隔小。平均而言，计数电路121的设定间距必然比像素115的设定间距小，优选在各配置全部中，计数电路121的设定间距比像素115的设定间距小。

而且，像素115所占据的区域的一部分和与该像素115对应的计数电路121所占据的区域的一部分在厚度方向上相互重叠。像素115和计数电路121通过设置在重叠的区域内的连接部130连接。连接部130优选通过基于无导线且微细的球状的焊料凸块的凸点接合而形成，在这种情况下，能够以短距离将像素115和计数电路121紧凑地连接。

其结果是，能够在读出芯片120的边缘附近无修正地正确地得到位置信息。此外，能够防止计数时的计数遗漏，能够增大相邻的读出芯片120的边缘之间的距离，因此容易避免相互的接触，使安装变得容易。

图5是遍及读出芯片120整体表示计数电路121以及连接部130的配置例的后视图。设置在读出芯片120内的计数电路121的x、y方向的一边比像素115小，设定间距也小。而且，在像素115和分配给该像素115的计数电路121的重叠区域上设置有连接部130。

如上述那样的配置的结果是，在读出芯片120中，像素115和计数电路121的连接部130的位置从检测面的中央附近的一点(直线L1和直线L2的交点)向外侧分散(在间隔变宽的同时)地进行分布。优选这样的配置，在这种情况下，相对于计数电路121，连接部130的配置偏向读出芯片120的边缘侧。

通过这样的连接部130的配置，能够使计数电路121的设定间距比像素115的设定间距小，并且能够通过凸点接合可靠地实现相互的连接。另外，若以不同的观点表示上述的例子，则与以往例相比，以使多个计数电路121整体上靠近中央的配置来进行设计。

此外，在读出芯片120中，像素115和计数电路121的连接部130的位置相对于与x方向垂直的直线L1以及与y方向垂直的直线L2对称。这样，优选像素115和计数电路121的连接部130的位置为线对称或者点对称。由此，能够以固定规格的连接来制造检测模块。

图6是表示读出芯片120内的通路结构127的侧剖视图。在图6所示的例子中，从计数器读出电路125到与数据处理装置500相连的通信线的端子为止的信号线的一部分通过读出用焊盘126以及通路结构127连接。虽然也能够通过引线接合从读出用焊盘126取出信号线，但如图6所示，通过使用通路结构127，与读出芯片120的背面的连接不会增大而是变得简单。这样，不需要在设置有多个读出芯片120的检测模块105的端部设置基于引线接合的引线，能够实现使检测模块105彼此之间变窄的几乎没有接缝的结构。其结果是，能够构成能将检测模块105相连来检测大的范围的检测器。

此外，如图6所示，由于计数电路121的设置间隔比各像素115的设置间隔小，因此在读出芯片120的最外周的计数电路121的外侧设置有像素115。由于能够在与该外侧的像素115重叠的位置(计数电路121的集合的外周部)配置计数器读出电路125以及读出用焊盘126，因此能够在从与检测面垂直的方向观察时将读出芯片120整体收于检测部110的边缘的内侧。

[第2实施方式]

在上述实施方式中，规则地配置连接部130，但未必需要规则地进行配置。图7是遍及读出芯片220整体来表示计数电路221以及连接部230的配置例的后视图。与图5所示的配置例相比，在图7所示的配置例中，像素215与计数电路221的尺寸之差小。因此，能够充分大地确保相互的重叠区域，因此连接部230的配置的自由度变大。因此，如图7所示，也能够进行连接部230的不规则的配置。

附图标记说明

10：检测系统，

20：放射线源，

S：试料，

100：检测器，

105：检测模块，

110：检测部，

115、215：像素，

120、220：读出芯片，

121a：分类电路，

121b：计数器部，

121、121-1、221：计数电路，

122：空隙，

125：计数器读出电路，

126：读出用焊盘，

127：通路结构，

130、130-1、230：连接部，

500：数据处理装置。

Claims (6)

1.一种检测器，是检测放射线的二维混合像素阵列型的检测器，其特征在于，具备：

检测部，通过各像素对入射到区域内的放射线进行检测；以及

多个读出芯片，包含按每个所述像素分配且分别仅通过凸点接合与每个所述像素连接的计数电路，

沿着检测面上的固定方向，所述计数电路的设定间距比所述像素的设定间距小，

处于所述多个读出芯片的对置的边缘之间的像素的形状与处于所述多个读出芯片的中央的区域的像素的形状相同，

所述各像素和与所述各像素对应的计数电路彼此所占据的区域至少部分地重叠，

在重叠的所述区域内进行所述连接，

距离所述多个读出芯片的对置的边缘最近的所述计数电路与所述像素在靠所述边缘的位置电连接。

2.根据权利要求1所述的检测器，其特征在于，

相邻的所述读出芯片的边缘之间的距离为30μm以上。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的检测器，其特征在于，

在所述读出芯片中，所述像素和所述计数电路的连接位置以线对称或者点对称进行分布。

4.根据权利要求1或者权利要求2所述的检测器，其特征在于，

所述各像素的形状为矩形。

5.根据权利要求1或者权利要求2所述的检测器，其特征在于，

从所述计数电路向端子侧的连接为通路结构。

6.根据权利要求1或者权利要求2所述的检测器，其特征在于，

所述检测部中使用的全部像素以一致的形状规则地排列。

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