WO2000075996A1 - Radiation detecting device connected by anisotropically conductive film - Google Patents

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WO2000075996A1
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connection
detector
semiconductor
detectors
conductive film
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PCT/FR2000/001557
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Loïck Verger
Jacques Rustique
Jean-Louis Girard
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
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    • HELECTRICITY
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Definitions

  • the present invention relates to a radiation detection device, sensitive to X, beta or gamma radiation and to an imaging system using such a detection device.
  • the invention finds applications in scientific and industrial fields, in particular in radiology, and for the non-destructive testing of matter. It also finds applications in nuclear medicine and medical imaging.
  • the detection device of the invention can be used in a gamma camera, a positron tomograph or a digital radiological imager.
  • a scintillation detector energy radiation interacts with the material of a crystal, called a scintillator, which emits a light photon in response to an X photon or a ⁇ photon. The light photon is then converted into electrical charges by means of a photomultiplier.
  • the energy resolution of a detector is strongly linked to the number of charges supplied in response to an event, that is to say in response to an interaction between the radiation and the material of the detector.
  • semiconductor detectors which do not have a scintillator, the number of charges created in response to an incident X or ⁇ photon is of an order of magnitude greater than that obtained with a scintillation detector.
  • semiconductor detectors tend to gradually replace scintillation detectors, especially in areas such as medical imaging where the activity of radiation sources is not very important.
  • Semiconductor detectors are made from semiconductor blocks such as CdTe, CdZnTe, GaAs, InP, and operate on a principle of direct conversion of the energy of incident photons into carriers of electrical charges. This principle is illustrated very briefly with reference to Figure 1.
  • the detector of FIG. 1 comprises a single detection element formed from a semiconductor block 10. On the opposite main faces of the block, designated by "connection faces" in the remainder of the text, a first electrode is formed respectively. 12 and a second electrode 14.
  • the electrodes are connected to an electronic circuit 16.
  • This circuit has two functions essential. The first function is to apply a bias voltage between the electrodes 12 and 14. The second function is to collect the charges created by the interaction of radiation in the semiconductor and thus form a detection signal.
  • the detection signal can then be supplied to an image forming circuit, not shown.
  • FIG. 2 shows a semiconductor detector constituting a variant with respect to that of FIG. 1. It comprises a plurality of detection elements formed in the same semiconductor block 10.
  • Each detection element is defined by an individual electrode 14 formed on one of the connection faces.
  • This connection face thus comprises several juxtaposed but not contiguous electrodes.
  • the opposite connection face of the semiconductor has a single electrode 12 common to all the detection elements.
  • Such a detector structure is known for example from document (1), the reference of which is specified at the end of the description.
  • the reference 16 in FIG. 2 always designates an electronic bias and reading circuit intended to apply a bias voltage between the common electrode 12 and the individual electrodes 14, and intended to collect a detection signal for each of the elements detection.
  • Phantom lines represent the necessary connections between the electrodes of the detector, and in particular the individual electrodes 14, and corresponding terminals of the electronic circuit 16.
  • connection between the detector and the electronic circuit, or an intermediate connection card must meet a certain number of requirements and raises a certain number of difficulties.
  • a first connection possibility consists in bonding the detector directly to the substrate of the electronic circuit or to an appropriate intermediate connection support, using a conductive adhesive.
  • conductive adhesives generally with two components, are expensive and their application to the components requires complex techniques.
  • the application of glue indeed comprises an operation of mixing the components then a deposition according to a screen printing technique.
  • the bonding of the detectors if it remains possible for detectors with a single detection element, such as the detector illustrated in FIG. 1, proves to be particularly disadvantageous for detectors comprising a plurality of detection elements, this which is the case for the detector of fig 2.
  • a second known connection possibility uses a hybridization technique, using balls of junction material.
  • the detector comprising one or more detection elements, can be postponed and connected directly to a platform comprising the bias or read circuits.
  • the hybridization technique which is well mastered in the context of the manufacture of infrared type sensors is also envisaged for X-ray or ⁇ -ray imaging devices.
  • Hybridization of detectors however remains a technique whose implementation is costly and complex. It is moreover unsuitable for the connection of large detectors. The transfer area authorized by the usual hybridization techniques is in fact limited to a few square centimeters. Finally, it is worth highlighting the fragility of the detectors which withstand mechanical and thermal stresses very poorly. Temperatures above 150 ° C., necessary for the hybridization of the connection balls, are, for example, liable to alter the detection properties.
  • the object of the present invention is to propose a device for detecting radiation which does not present the difficulties mentioned above, and which is linked to the connection of a detector to a reading and polarization circuit.
  • An aim is also to propose a device capable of being produced without the detectors of radiation are not subjected to excessive mechanical or thermal stresses.
  • Another object is to propose a large detection device, inexpensive, capable of being fitted with detectors also large, or of a large number of individual detection elements.
  • the invention more specifically relates to a radiation detection device comprising:
  • At least one electronic circuit for biasing and / or reading said detector
  • connection means comprise at least one self-adhesive conductive film.
  • self-adhesive conductive film is understood to mean a film allowing electrical contact and a mechanical bond without the exertion of pressure or the implementation of a heat treatment being necessary.
  • a self-adhesive conductive film turns out to be a particularly economical and reliable means for assembling the constituent elements of the device and for ensuring the electrical connections between the semiconductor detector and the electronic circuit. It also makes it possible to assemble large surface elements (a few dm 2 ). In addition, the use of a self-adhesive film makes it possible to free the fragile parts of the device, and in particular the detector, from any mechanical or thermal stress. Finally, the self-adhesive conductive film is less likely to interact chemically with the parts it assembles, than a conductive glue.
  • the self-adhesive film can be an anisotropic conductive film comprising two principal opposite parallel faces, the film being conductive in a direction perpendicular to the faces and being substantially insulating in a direction parallel to the main faces.
  • the anisotropic film is conductive in the direction of its thickness and insulating parallel to its surface.
  • This feature makes it possible to make an easy connection between a plurality of individual electrodes of the detector and corresponding terminals of a connection support, without taking any particular measures for mutual insulation between the electrodes.
  • any short circuit between neighboring electrodes is automatically avoided.
  • anisotropic conductive films are not known per se. These are, for example, acrylic adhesive films loaded with conductive particles. These particles can present in particular in the form of calibrated nickel beads, coated with silver. Such a film is marketed for example by the company 3M under the reference 9703. A more detailed description of the structure of the film is therefore omitted here.
  • connection means may further comprise one or more connection cards, connected to said electronic circuit.
  • Each connection card is glued against a connection face of the semiconductor detector, equipped with at least one electrode, by means of said conductive adhesive film.
  • the connection card essentially has an intermediary role between the detector and the electronic polarization and / or reading circuit.
  • connection card when a plurality of detection devices are associated, can also have a role of electrical insulation. This aspect is described in more detail later in the text.
  • connection card can also serve as a support for all or part of the electronic bias and / or reading circuit.
  • connection means may include in particular a first connection card glued to a first connection face of the semi-detector conductive via a first self-adhesive conductive film and a second connection card glued to a second connection face of the semiconductor detector, opposite to said first connection face, via a second self-adhesive film driver.
  • An anisotropic conductive film is used in particular when the corresponding connection face comprises more than one electrode.
  • connection cards can be used for example for the connection of a single common electrode on the first connection face, while the second card can be provided for the individual connection of a plurality of electrodes on the second face of the detector. Each electrode then corresponds to an individual detector of the same block of semiconductors.
  • the invention also relates to an imaging system, such as for example a medical imaging system, comprising a detection device as described above, with a stack of a plurality of detectors.
  • an imaging system such as for example a medical imaging system, comprising a detection device as described above, with a stack of a plurality of detectors.
  • FIG. 1 is a simplified schematic section of a radiation detector at unique detection element illustrating the operating principle of semiconductor detectors.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the structure of a detection device according to the invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the structure of a detection device according to the invention and including a plurality of radiation detectors.
  • FIG. 3 there is a detector with multiple detection elements, formed in a block 10 of semiconductor material.
  • the reference 12 designates a common electrode, for example made of Au chemically deposited from an AuCl 3 salt, on a first connection face of the block 10.
  • the reference 14 refers to a plurality of individual electrodes formed on the second connection face.
  • the thickness of the semiconductor block 10 is 0.9 mm and the connection faces each have an area of 16 ⁇ 20 mm 2 .
  • the second connection face can be equipped, for example, with sixteen longitudinal electrodes 14, in the form of a comb with a pitch of 1 mm.
  • the common electrode 12 is connected to a first terminal of a reading and polarization circuit 16 via an anisotropic conductive film 18a, a first connection card 20a, and a connection line shown symbolically with the reference 21a.
  • connection card is for example formed from a sheet of insulating material such as Kapton, covered with a layer or a conductive copper track.
  • a face 22a of the first connection card 20a, facing the silicon block 10, is covered with a layer of copper.
  • the opposite face 24a is insulating.
  • the electrodes 14 of the second face of the semiconductor block 10 are individually connected to a plurality of corresponding terminals of the electronic circuit 16. They are connected to it by means of a second conductive film anisotropic 18b, a second connection card 20b and a bundle of connection lines 21b.
  • connection lines 21b can be constituted, for example, by conductive tracks, or can be simply eliminated when the electronic circuit 16 for reading and polarization is directly formed or transferred to one of the connection cards.
  • the second connection card 20b has a face 22b facing the semiconductor block 10, part of which is bonded to the block via the second anisotropic conductive film 18b.
  • the face 22b also includes isolated connection tracks, shown very schematically and in dotted lines in the figure, which provide the connection to the reading circuit.
  • the second card 20b can be formed from copper-colored Kapton.
  • each electrode 14 can be individually connected to a terminal and a connection track of the connection card 20b, and therefore to the reading and polarization circuit.
  • the read and bias circuit can thus be designed to apply a bias voltage to all of the electrodes and to collect individually the charges appearing on each electrode 14 in response to interactions taking place in corresponding regions of the semi- block. driver.
  • the use of copper Kapton sheets as a connection card is particularly advantageous. It makes it possible, when the sheets are bonded to the semiconductor block by the anisotropic conductive films, to obtain a particularly compact structure.
  • the electrical insulating nature of the faces 24a, 24b turned away from the semiconductor block allow the association and in particular the stacking of a plurality of detectors without any particular insulation measure.
  • Such a stack is shown in the form of an exploded view in FIG. 4.
  • the stack comprises a plurality of detectors formed of semiconductor blocks 10, for example 256 in number, each equipped with a first and with a second connection cards 20a, 20b.
  • the cards are respectively connected to the detectors by films 18a, 18b anisotropic conductors.
  • the electrical connections 21a, 21b to a bias and read circuit 16 are symbolically indicated by dashed lines.
  • Each detector that is to say each semiconductor block, comprises a number of detection elements corresponding to the number of individual electrodes 14 shown in FIG. 3.
  • the signals of all the pixels can be collected by the electronic circuit 16 and processed to form an "image" of the radiation received from the environment.
  • the circuit 16 can include or be associated with an image forming circuit. This type of circuit is known per se.
  • anisotropic conductive films used are self-adhesive films, the installation of which requires neither mechanical nor thermal effort.
  • a simple smoothing of the finger makes it possible to guarantee the mechanical contacting of the surfaces to be made integral.

Abstract

The invention concerns a radiation detecting device comprising: at least a semiconductor detector (10, 12, 14), at least an electronic circuit (16) for polarising and/or scanning said detector, and connection means (18a, 18b, 20a, 20b, 21a, 21b) between said detector and said electronic circuit, and wherein the connection means comprise at least an adhesive anisotropically conductive film (18a, 18b). The invention is applicable to medical imaging systems.

Description

DISPOSITIF DE DETECTION DE RAYONNEMENTS CONNECTE PAR FILM CONDUCTEUR ANISOTROPE RADIATION DETECTION DEVICE CONNECTED BY ANISOTROPIC CONDUCTIVE FILM
Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de détection de rayonnements, sensible aux rayonnements X, bêta ou gamma et un système d'imagerie utilisant un tel dispositif de détection.Technical Field The present invention relates to a radiation detection device, sensitive to X, beta or gamma radiation and to an imaging system using such a detection device.
L'invention trouve des applications dans les domaines scientifiques et industriels, notamment en radiologie, et pour le contrôle non destructif de la matière. Elle trouve également des applications en médecine nucléaire et en imagerie médicale.The invention finds applications in scientific and industrial fields, in particular in radiology, and for the non-destructive testing of matter. It also finds applications in nuclear medicine and medical imaging.
En particulier, le dispositif de détection de l'invention peut être utilisé dans une gamma-caméra, un tomographe à positons ou un imageur radiologique numérique .In particular, the detection device of the invention can be used in a gamma camera, a positron tomograph or a digital radiological imager.
Etat de la technique antérieure Parmi les détecteurs de rayonnement généralement utilisés, on peut distinguer notamment les détecteurs à scintillation et les détecteurs à semiconducteur.STATE OF THE PRIOR ART Among the radiation detectors generally used, a distinction can be made in particular between scintillation detectors and semiconductor detectors.
Dans un détecteur à scintillation, le rayonnement énergétique interagit avec la matière d'un cristal, appelé scintillateur, qui émet un photon lumineux en réponse à un photon X ou un photon γ. Le photon lumineux est alors converti en charges électriques au moyen d'un photomultiplicateur. La résolution en énergie d'un détecteur est fortement liée au nombre de charges fournies en réponse à un événement, c'est-à-dire en réponse à une interaction entre le rayonnement et la matière du détecteur.In a scintillation detector, energy radiation interacts with the material of a crystal, called a scintillator, which emits a light photon in response to an X photon or a γ photon. The light photon is then converted into electrical charges by means of a photomultiplier. The energy resolution of a detector is strongly linked to the number of charges supplied in response to an event, that is to say in response to an interaction between the radiation and the material of the detector.
Dans les détecteurs à semi-conducteur, qui sont dépourvus de scintillateur, le nombre de charges créées en réponse à un photon X ou γ incident est d'un ordre de grandeur supérieur à celui obtenu avec un détecteur à scintillation. Ainsi, les détecteurs à semiconducteur tendent à remplacer peu à peu les détecteurs à scintillation, notamment dans les domaines comme 1 ' imagerie médicale où 1 ' activité des sources de rayonnement n'est pas très importante. Les détecteurs à semi-conducteur sont fabriqués à partir de blocs de semi-conducteurs tels que CdTe, CdZnTe, GaAs, InP, et fonctionnent selon un principe de conversion directe de l'énergie des photons incidents en porteurs de charges électriques. Ce principe est illustré de façon très sommaire en référence à la figure 1.In semiconductor detectors, which do not have a scintillator, the number of charges created in response to an incident X or γ photon is of an order of magnitude greater than that obtained with a scintillation detector. Thus, semiconductor detectors tend to gradually replace scintillation detectors, especially in areas such as medical imaging where the activity of radiation sources is not very important. Semiconductor detectors are made from semiconductor blocks such as CdTe, CdZnTe, GaAs, InP, and operate on a principle of direct conversion of the energy of incident photons into carriers of electrical charges. This principle is illustrated very briefly with reference to Figure 1.
Le détecteur de la figure 1 comprend un unique élément de détection formé à partir d'un bloc de semiconducteur 10. Sur les faces principales opposées du bloc, désignées par "faces de connexion" dans la suite du texte, sont formées respectivement une première électrode 12 et une deuxième électrode 14.The detector of FIG. 1 comprises a single detection element formed from a semiconductor block 10. On the opposite main faces of the block, designated by "connection faces" in the remainder of the text, a first electrode is formed respectively. 12 and a second electrode 14.
Les électrodes sont connectées à un circuit électronique 16. Ce circuit a deux fonctions essentielles. La première fonction est d'appliquer entre les électrodes 12 et 14 une tension de polarisation. La deuxième fonction est de collecter les charges créées par 1 ' interaction de rayonnements dans le semi-conducteur et de former ainsi un signal de détection.The electrodes are connected to an electronic circuit 16. This circuit has two functions essential. The first function is to apply a bias voltage between the electrodes 12 and 14. The second function is to collect the charges created by the interaction of radiation in the semiconductor and thus form a detection signal.
Le signal de détection peut être fourni ensuite à un circuit de formation d'image, non représenté.The detection signal can then be supplied to an image forming circuit, not shown.
Lorsqu ' un rayonnement énergétique atteint le bloc de semi-conducteur 10, il crée des charges sous la forme de paires électron-trou, en cédant tout ou partie de son énergie à la matière.When an energetic radiation reaches the semiconductor block 10, it creates charges in the form of electron-hole pairs, by yielding all or part of its energy to matter.
Sous l'effet d'un champ électrique établi entre les électrodes par l'application de la tension de polarisation, les électrons et les trous migrent respectivement vers les électrodes situées sur les faces de connexion opposées. Les électrons et les trous sont alors recueillis par le circuit 16 pour la formation du signal.Under the effect of an electric field established between the electrodes by the application of the bias voltage, the electrons and the holes respectively migrate towards the electrodes located on the opposite connection faces. The electrons and the holes are then collected by the circuit 16 for the formation of the signal.
La figure 2 montre un détecteur à semiconducteur constituant une variante par rapport à celui de la figure 1. Il comporte une pluralité d'éléments de détection formés dans le même bloc de semi-conducteur 10.FIG. 2 shows a semiconductor detector constituting a variant with respect to that of FIG. 1. It comprises a plurality of detection elements formed in the same semiconductor block 10.
Chaque élément de détection est défini par une électrode individuelle 14 formée sur l'une des faces de connexion. Cette face de cpnnexion comporte ainsi plusieurs électrodes juxtaposées mais non jointives. La face de connexion opposée du semi-conducteur comporte une seule électrode 12 commune à tous les éléments de détection.Each detection element is defined by an individual electrode 14 formed on one of the connection faces. This connection face thus comprises several juxtaposed but not contiguous electrodes. The opposite connection face of the semiconductor has a single electrode 12 common to all the detection elements.
Une telle structure de détecteur est connue par exemple d'après le document (1) dont la référence est précisée à la fin de la description.Such a detector structure is known for example from document (1), the reference of which is specified at the end of the description.
La référence 16, sur la figure 2, désigne toujours un circuit électronique de polarisation et de lecture destiné à appliquer une tension de polarisation entre l'électrode commune 12 et les électrodes individuelles 14, et destiné à recueillir un signal de détection pour chacun des éléments de détection.The reference 16, in FIG. 2, always designates an electronic bias and reading circuit intended to apply a bias voltage between the common electrode 12 and the individual electrodes 14, and intended to collect a detection signal for each of the elements detection.
Des lignes en trait mixte représentent les connexions nécessaires entre les électrodes du détecteur, et en particulier les électrodes individuelles 14, et des bornes de correspondantes du circuit électronique 16.Phantom lines represent the necessary connections between the electrodes of the detector, and in particular the individual electrodes 14, and corresponding terminals of the electronic circuit 16.
La connexion entre le détecteur et le circuit électronique, ou une carte de connexion intermédiaire, doit répondre à un certain nombre d'exigences et soulève un certain nombre de difficultés.The connection between the detector and the electronic circuit, or an intermediate connection card, must meet a certain number of requirements and raises a certain number of difficulties.
Une première possibilité de connexion consiste à coller directement le détecteur sur le substrat du circuit électronique ou sur un support de connexion intermédiaire approprié, en utilisant une colle conductrice.A first connection possibility consists in bonding the detector directly to the substrate of the electronic circuit or to an appropriate intermediate connection support, using a conductive adhesive.
Cependant, les colles conductrices, généralement à deux composants, sont coûteuses et leur application sur les composants fait appel à des techniques complexes. L'application de la colle comprend en effet une opération de mélange des composants puis un dépôt selon une technique de sérigraphie.However, conductive adhesives, generally with two components, are expensive and their application to the components requires complex techniques. The application of glue indeed comprises an operation of mixing the components then a deposition according to a screen printing technique.
En outre, des problèmes de compatibilité chimique entre les colles et le matériau du détecteur peuvent conduire à des défauts de fiabilité et des chutes de performances des détecteurs au cours du temps .In addition, problems of chemical compatibility between the adhesives and the material of the detector can lead to defects in reliability and drops in performance of the detectors over time.
On peut ajouter que le collage des détecteurs, s'il reste envisageable pour des détecteurs à élément de détection unique, comme le détecteur illustré par la figure 1, s'avère particulièrement désavantageux pour des détecteurs comportant une pluralité d'éléments de détection, ce qui est le cas pour le détecteur de la figue 2.It may be added that the bonding of the detectors, if it remains possible for detectors with a single detection element, such as the detector illustrated in FIG. 1, proves to be particularly disadvantageous for detectors comprising a plurality of detection elements, this which is the case for the detector of fig 2.
En effet, pour éviter que la colle conductrice ne vienne court-circuiter les électrodes individuelles des éléments de détection, il est nécessaire de prévoir une isolation adaptée. Celle-ci requiert une mise en oeuvre d'étapes de masquage complexes. Cette contrainte supplémentaire est incompatible avec une bonne résolution spatiale des détecteurs et avec la réalisation de détecteurs avec une forte densité d'éléments de détection (pixels). Pour éviter les difficultés mentionnées ci- dessus, et pour accroître la résolution des détecteurs, une deuxième possibilité de connexion connue fait appel à une technique d'hybridation ,par billes de matériau de jonction. Dans ce cas, le détecteur, comprenant un ou plusieurs éléments de détection, peut être reporté et connecté directement sur une plate-forme comprenant les circuits de polarisation ou de lecture. La technique d'hybridation qui est bien maîtrisée dans le cadre de la fabrication de capteurs de type infrarouge est également envisagée pour des dispositifs d'imagerie à rayons X ou γ. On peut se reporter à titre d'illustration aux documents (2), (3), (4) et (5) dont les références sont données à la fin de la description.In fact, to prevent the conductive adhesive from short-circuiting the individual electrodes of the detection elements, it is necessary to provide suitable insulation. This requires the implementation of complex masking steps. This additional constraint is incompatible with good spatial resolution of the detectors and with the production of detectors with a high density of detection elements (pixels). To avoid the difficulties mentioned above, and to increase the resolution of the detectors, a second known connection possibility uses a hybridization technique, using balls of junction material. In this case, the detector, comprising one or more detection elements, can be postponed and connected directly to a platform comprising the bias or read circuits. The hybridization technique which is well mastered in the context of the manufacture of infrared type sensors is also envisaged for X-ray or γ-ray imaging devices. By way of illustration, reference may be made to documents (2), (3), (4) and (5), the references of which are given at the end of the description.
L'hybridation des détecteurs reste cependant une technique dont la mise en œuvre est coûteuse et complexe. Elle est de plus inadaptée à la connexion de détecteurs de grandes dimensions. La surface de report autorisée par les techniques d'hybridation usuelles est en effet limitée à quelques centimètres carrés. Enfin, il convient de souligner la fragilité des détecteurs qui supportent très mal les contraintes mécaniques et thermiques. Des températures au-delà de 150°C, nécessaires à l'hybridation des billes de connexion sont, par exemple, susceptibles d'altérer les propriétés de détection.Hybridization of detectors however remains a technique whose implementation is costly and complex. It is moreover unsuitable for the connection of large detectors. The transfer area authorized by the usual hybridization techniques is in fact limited to a few square centimeters. Finally, it is worth highlighting the fragility of the detectors which withstand mechanical and thermal stresses very poorly. Temperatures above 150 ° C., necessary for the hybridization of the connection balls, are, for example, liable to alter the detection properties.
Exposé de 1 ' inventionStatement of the invention
La présente invention a pour but de proposer un dispositif de détection de rayonnements ne présentant pas les difficultés mentionnées ci-dessus, et liées à la connexion d'un détecteur à un circuit de lecture et de polarisation.The object of the present invention is to propose a device for detecting radiation which does not present the difficulties mentioned above, and which is linked to the connection of a detector to a reading and polarization circuit.
Un but est également de proposer un dispositif susceptible d'être réalisé sans que les détecteurs de rayonnement ne subissent de contraintes mécaniques ou thermiques excessives.An aim is also to propose a device capable of being produced without the detectors of radiation are not subjected to excessive mechanical or thermal stresses.
Un autre but est de proposer un dispositif de détection de grande taille, peu coûteux, susceptible d'être équipé de détecteurs également de grande taille, ou d'un nombre important d'éléments de détection individuels .Another object is to propose a large detection device, inexpensive, capable of being fitted with detectors also large, or of a large number of individual detection elements.
Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour objet un dispositif de détection de rayonnement comprenant :To achieve these aims, the invention more specifically relates to a radiation detection device comprising:
- au moins un détecteur à semi-conducteur,- at least one semiconductor detector,
- au moins un circuit électronique de polarisation et/ou de lecture dudit détecteur, etat least one electronic circuit for biasing and / or reading said detector, and
- des moyens de connexion entre ledit détecteur et ledit circuit électronique.- connection means between said detector and said electronic circuit.
Conformément à l'invention, les moyens de connexion comportent au moins un film auto-adhésif conducteur.According to the invention, the connection means comprise at least one self-adhesive conductive film.
On entend par film auto-adhésif conducteur un film permettant un contact électrique et un lien mécanique sans que l'exercice d'une pression ou la mise en oeuvre d'un traitement thermique ne soient nécessaires.The term self-adhesive conductive film is understood to mean a film allowing electrical contact and a mechanical bond without the exertion of pressure or the implementation of a heat treatment being necessary.
L'utilisation d'un film auto-adhésif conducteur s ' avère être un moyen particulièrement économique et fiable pour l'assemblage des éléments constitutifs du dispositif et pour assurer les liaisons électriques entre le détecteur à semi-cpnducteur et le circuit électronique. Il permet aussi d'assembler des éléments de grande surface (quelques dm2). De plus, l'utilisation d'un film auto-adhésif permet d'affranchir les parties fragiles du dispositif, et en particulier le détecteur, de toute contrainte mécanique ou thermique. Enfin, le film conducteur auto-adhésif est moins susceptible d' interagir chimiquement avec les parties qu'il assemble, qu'une colle conductrice.The use of a self-adhesive conductive film turns out to be a particularly economical and reliable means for assembling the constituent elements of the device and for ensuring the electrical connections between the semiconductor detector and the electronic circuit. It also makes it possible to assemble large surface elements (a few dm 2 ). In addition, the use of a self-adhesive film makes it possible to free the fragile parts of the device, and in particular the detector, from any mechanical or thermal stress. Finally, the self-adhesive conductive film is less likely to interact chemically with the parts it assembles, than a conductive glue.
Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, le film auto-adhésif peut être un film conducteur anisotrope comprenant deux faces principales opposées parallèles, le film étant conducteur dans un sens perpendiculaire aux faces et étant sensiblement isolant dans un sens parallèle aux faces principales.According to a particularly advantageous aspect of the invention, the self-adhesive film can be an anisotropic conductive film comprising two principal opposite parallel faces, the film being conductive in a direction perpendicular to the faces and being substantially insulating in a direction parallel to the main faces.
En d'autres termes, le film anisotrope est conducteur dans le sens de son épaisseur et isolant parallèlement à sa surface.In other words, the anisotropic film is conductive in the direction of its thickness and insulating parallel to its surface.
Cette caractéristique permet de réaliser une connexion aisée entre une pluralité d'électrodes individuelles du détecteur et des bornes correspondantes d'un support de connexion, sans prendre de mesures particulières pour 1 ' isolation mutuelle entre les électrodes.This feature makes it possible to make an easy connection between a plurality of individual electrodes of the detector and corresponding terminals of a connection support, without taking any particular measures for mutual insulation between the electrodes.
En effet, comme le film conducteur anisotrope est isolant dans un sens parallèle à sa surface, tout court-circuit entre électrodes voisines est automatiquement évité.Indeed, as the anisotropic conductive film is insulating in a direction parallel to its surface, any short circuit between neighboring electrodes is automatically avoided.
Il convient de préciser que les films conducteurs anisotropes sont e,n soi connus. Il s'agit par exemple de films adhésifs acryliques chargés de particules conductrices. Ces particules peuvent se présenter notamment sous la forme de billes calibrées en nickel, recouvertes d'argent. Un tel film est commercialisé par exemple par la société 3M sous la référence 9703. Une description plus détaillée de la structure du film est par conséquent omise ici.It should be noted that the anisotropic conductive films are not known per se. These are, for example, acrylic adhesive films loaded with conductive particles. These particles can present in particular in the form of calibrated nickel beads, coated with silver. Such a film is marketed for example by the company 3M under the reference 9703. A more detailed description of the structure of the film is therefore omitted here.
Dans une réalisation particulière du dispositif de l'invention, les moyens de connexion peuvent comporter en outre une ou plusieurs cartes de connexion, connectées audit circuit électronique. Chaque carte de connexion est collée contre une face de connexion du détecteur à semi-conducteur, équipée d'au moins une électrode, par l'intermédiaire dudit film adhésif conducteur. Ici, la carte de connexion a essentiellement un rôle d'intermédiaire entre le détecteur et le circuit électronique de polarisation et/ou de lecture.In a particular embodiment of the device of the invention, the connection means may further comprise one or more connection cards, connected to said electronic circuit. Each connection card is glued against a connection face of the semiconductor detector, equipped with at least one electrode, by means of said conductive adhesive film. Here, the connection card essentially has an intermediary role between the detector and the electronic polarization and / or reading circuit.
Eventuellement, lorsqu'une pluralité de dispositifs de détection sont associés, la carte de connexion peut avoir également un rôle d'isolation électrique. Cet aspect est décrit plus en détail dans la suite du texte.Optionally, when a plurality of detection devices are associated, the connection card can also have a role of electrical insulation. This aspect is described in more detail later in the text.
Dans certaines réalisations, la carte de connexion peut en outre, servir de support à tout ou partie du circuit électronique de polarisation et/ou de lecture.In certain embodiments, the connection card can also serve as a support for all or part of the electronic bias and / or reading circuit.
Dans une construction particulière du dispositif, les moyens de connexion peuvent comporter notamment une première carte de connexion collée sur une première face de connexion du détecteur à semi- conducteur par l'intermédiaire d'un premier film autoadhésif conducteur et une deuxième carte de connexion collée sur une deuxième face de connexion du détecteur à semi-conducteur, opposée à ladite première face de connexion, par l'intermédiaire d'un deuxième film autoadhésif conducteur. Un film conducteur anisotrope est utilisé en particulier lorsque la face de connexion correspondante comprend plus d'une électrode.In a particular construction of the device, the connection means may include in particular a first connection card glued to a first connection face of the semi-detector conductive via a first self-adhesive conductive film and a second connection card glued to a second connection face of the semiconductor detector, opposite to said first connection face, via a second self-adhesive film driver. An anisotropic conductive film is used in particular when the corresponding connection face comprises more than one electrode.
L ' une des cartes de connexion peut être utilisée par exemple pour la connexion d'une électrode commune unique sur la première face de connexion, tandis que la deuxième carte peut être prévue pour la connexion individuelle d'une pluralité d'électrodes sur la deuxième face du détecteur. Chaque électrode correspond alors à un détecteur individuel du même bloc de semi-conducteurs .One of the connection cards can be used for example for the connection of a single common electrode on the first connection face, while the second card can be provided for the individual connection of a plurality of electrodes on the second face of the detector. Each electrode then corresponds to an individual detector of the same block of semiconductors.
L ' invention concerne également un système d'imagerie, comme par exemple un système d'imagerie médicale, comprenant un dispositif de détection tel que décrit ci-dessus, avec un empilement d'une pluralité de détecteurs.The invention also relates to an imaging system, such as for example a medical imaging system, comprising a detection device as described above, with a stack of a plurality of detectors.
D ' autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly from the description which follows, with reference to the figures of the appended drawings. This description is given purely by way of non-limiting illustration.
Brève description des figures ,Brief description of the figures,
- La figure 1, déjà décrite, est une coupe schématique simplifiée d'un détecteur de rayonnements à élément de détection unique illustrant le principe de fonctionnement des détecteurs à semi-conducteurs .- Figure 1, already described, is a simplified schematic section of a radiation detector at unique detection element illustrating the operating principle of semiconductor detectors.
- La figure 2, déjà décrite, est une coupe schématique simplifiée d'un détecteur à semi-conducteur et à éléments de détection multiples.- Figure 2, already described, is a simplified schematic section of a semiconductor detector and multiple detection elements.
- La figure 3 est une vue éclatée en perspective de la structure d'un dispositif de détection conforme à l'invention.- Figure 3 is an exploded perspective view of the structure of a detection device according to the invention.
- La figure 4 est une vue éclatée en perspective de la structure d'un dispositif de détection conforme à l'invention et incluant une pluralité de détecteurs de rayonnements.- Figure 4 is an exploded perspective view of the structure of a detection device according to the invention and including a plurality of radiation detectors.
Description détaillée de modes de mise en oeuyre de 1 ' inventionDetailed description of methods of implementing the invention
Dans la description qui suit, des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures susmentionnées, sont désignées avec les mêmes références. Par ailleurs, il convient de préciser que pour des raisons de lisibilité des figures, les différents composants des dispositifs représentés ne sont pas reproduits selon une échelle uniforme.In the following description, identical, similar or equivalent parts of the various figures mentioned above are designated with the same references. Furthermore, it should be noted that for reasons of readability of the figures, the various components of the devices shown are not reproduced on a uniform scale.
Sur la figure 3, on retrouve un détecteur à éléments de détection multiples, formé dans un bloc 10 de matériau semi-conducteur.In FIG. 3, there is a detector with multiple detection elements, formed in a block 10 of semiconductor material.
La référence 12 désigne une électrode commune, par exemple en Au déposé chimiquement à partir d'un sel AuCl3, sur une première face de connexion du bloc 10. De la même façon, la référence 14 se rapporte à une pluralité d'électrodes individuelles formées sur la deuxième face de connexion.The reference 12 designates a common electrode, for example made of Au chemically deposited from an AuCl 3 salt, on a first connection face of the block 10. Similarly, the reference 14 refers to a plurality of individual electrodes formed on the second connection face.
Dans l'exemple décrit, l'épaisseur du bloc 10 de semi-conducteur est de 0,9 mm et les faces de connexion présentent chacune une aire de 16x20 mm2.In the example described, the thickness of the semiconductor block 10 is 0.9 mm and the connection faces each have an area of 16 × 20 mm 2 .
Bien que la figure en représente un nombre plus réduit, la deuxième face de connexion peut être équipée, par exemple, de seize électrodes 14 longitudinales, sous la forme d'une peigne avec un pas de 1 mm.Although the figure shows a smaller number, the second connection face can be equipped, for example, with sixteen longitudinal electrodes 14, in the form of a comb with a pitch of 1 mm.
L'électrode commune 12 est reliée à une première borne d'un circuit de lecture et de polarisation 16 par l'intermédiaire d'un film conducteur anisotrope 18a, d'une première carte de connexion 20a, et d'une ligne de connexion représentée symboliquement avec la référence 21a.The common electrode 12 is connected to a first terminal of a reading and polarization circuit 16 via an anisotropic conductive film 18a, a first connection card 20a, and a connection line shown symbolically with the reference 21a.
La carte de connexion est par exemple formée d'une feuille de matériau isolant telle que le Kapton, recouverte d'une couche ou d'une piste conductrice en cuivre.The connection card is for example formed from a sheet of insulating material such as Kapton, covered with a layer or a conductive copper track.
Sur la figure, une face 22a de la première carte de connexion 20a, tournée vers le bloc de silicium 10, est recouverte d'une couche de cuivre. La face opposée 24a est isolante.In the figure, a face 22a of the first connection card 20a, facing the silicon block 10, is covered with a layer of copper. The opposite face 24a is insulating.
Les électrodes 14 de la deuxième face du bloc de semi-conducteur 10 sont individuellement reliées à une pluralité de bornes correspondantes du circuit électronique 16. Elle y sont reliées par l'intermédiaire d'un deuxième film conducteur anisotrope 18b, d'une deuxième carte de connexion 20b et d'un faisceau de lignes de connexion 21b.The electrodes 14 of the second face of the semiconductor block 10 are individually connected to a plurality of corresponding terminals of the electronic circuit 16. They are connected to it by means of a second conductive film anisotropic 18b, a second connection card 20b and a bundle of connection lines 21b.
Les lignes de connexion 21b, de même que la ligne 21a, peuvent être constituées, par exemple, par des pistes conductrices, ou peuvent être simplement éliminées lorsque le circuit électronique 16 de lecture et de polarisation est directement formé ou reporté sur l'une des cartes de connexion.The connection lines 21b, as well as the line 21a, can be constituted, for example, by conductive tracks, or can be simply eliminated when the electronic circuit 16 for reading and polarization is directly formed or transferred to one of the connection cards.
La deuxième carte de connexion 20b présente une face 22b tournée vers le bloc 10 de semi-conducteur, dont une partie est collée au bloc par l'intermédiaire du deuxième film conducteur anisotrope 18b. La face 22b comprend également des pistes de connexion isolées, représentées de façon très schématique et en pointillé sur la figure, qui assurent la connexion vers le circuit de lecture. Tout comme la première carte de connexion, la deuxième carte 20b peut être formée à partir de Kapton cuivré.The second connection card 20b has a face 22b facing the semiconductor block 10, part of which is bonded to the block via the second anisotropic conductive film 18b. The face 22b also includes isolated connection tracks, shown very schematically and in dotted lines in the figure, which provide the connection to the reading circuit. Like the first connection card, the second card 20b can be formed from copper-colored Kapton.
Grâce au caractère de conduction anisotrope du film conducteur adhésif 18b, chaque électrode 14 peut être connectée individuellement à une borne et une piste de connexion de la carte de connexion 20b, et donc au circuit de lecture et de polarisation.Thanks to the anisotropic conduction nature of the adhesive conductive film 18b, each electrode 14 can be individually connected to a terminal and a connection track of the connection card 20b, and therefore to the reading and polarization circuit.
Le circuit de lecture et de polarisation peut ainsi être conçu pour appliquer une tension de polarisation à 1 ' ensemble des électrodes et pour recueillir individuellement les charges apparaissant sur chaque électrode 14 en réponse à des interactions ayant lieu dans des régions correspondantes du bloc de semi-conducteur. L'utilisation de feuilles de Kapton cuivré comme carte de connexion est particulièrement avantageuse. Elle permet en effet, lorsque les feuilles sont collées sur le bloc de semi-conducteur par les films conducteurs anisotropes, d'obtenir une structure particulièrement compacte.The read and bias circuit can thus be designed to apply a bias voltage to all of the electrodes and to collect individually the charges appearing on each electrode 14 in response to interactions taking place in corresponding regions of the semi- block. driver. The use of copper Kapton sheets as a connection card is particularly advantageous. It makes it possible, when the sheets are bonded to the semiconductor block by the anisotropic conductive films, to obtain a particularly compact structure.
En outre, le caractère isolant électrique des faces 24a, 24b tournées à l'opposé du bloc de semiconducteur permettent l'association et en particulier l'empilement d'une pluralité de détecteurs sans mesure d'isolation particulière.In addition, the electrical insulating nature of the faces 24a, 24b turned away from the semiconductor block allow the association and in particular the stacking of a plurality of detectors without any particular insulation measure.
Un tel empilement est représenté sous la forme d'un éclaté à la figure 4. L ' empilement comprend une pluralité de détecteurs formés de blocs 10 de semi-conducteur, par exemple au nombre de 256, équipés chacun d'une première et d'une deuxième cartes de connexion 20a, 20b. Les cartes sont respectivement reliées aux détecteurs par des films 18a, 18b conducteurs anisotropes.Such a stack is shown in the form of an exploded view in FIG. 4. The stack comprises a plurality of detectors formed of semiconductor blocks 10, for example 256 in number, each equipped with a first and with a second connection cards 20a, 20b. The cards are respectively connected to the detectors by films 18a, 18b anisotropic conductors.
Les liaisons électriques 21a, 21b vers un circuit de polarisation et de lecture 16 sont symboliquement indiquées par des traits mixtes.The electrical connections 21a, 21b to a bias and read circuit 16 are symbolically indicated by dashed lines.
Chaque détecteur, c'est-à-dire chaque bloc de semi-conducteur comprend un nombre d'éléments de détection correspondant au nombre d'électrodes individuelles 14 représentées sur la figure 3.Each detector, that is to say each semiconductor block, comprises a number of detection elements corresponding to the number of individual electrodes 14 shown in FIG. 3.
Ainsi, en empilant une, pluralité de détecteurs comprenant chacun une pluralité d'éléments de détection, on obtient un dispositif avec un grand nombre d'éléments individuels encore appelés "pixels".Thus, by stacking a, plurality of detectors each comprising a plurality of elements of detection, a device is obtained with a large number of individual elements also called "pixels".
Les signaux de tous les pixels peuvent être recueillis par le circuit électronique 16 et traités pour former une "image" du rayonnement reçu de l'environnement. A cet effet, le circuit 16 peut comporter ou être associé à un circuit de formation d'image. Ce type de circuit est en soi connu.The signals of all the pixels can be collected by the electronic circuit 16 and processed to form an "image" of the radiation received from the environment. To this end, the circuit 16 can include or be associated with an image forming circuit. This type of circuit is known per se.
Les bonnes performances des détecteurs à semi- conducteur, associées à des moyens de connexion par film conducteur anisotrope, qui évitent les courants de fuite entre des pixels voisins, permettent de réaliser des systèmes d'imagerie, et notamment d'imagerie médicale, particulièrement fiables avec une excellente résolution en énergie.The good performance of semiconductor detectors, associated with anisotropic conductive film connection means, which avoid leakage currents between neighboring pixels, make it possible to produce particularly reliable imaging systems, and in particular medical imaging systems. with excellent energy resolution.
Il convient de préciser que les films conducteurs anisotropes utilisés sont des films autoadhésifs dont la mise en place ne nécessite ni effort mécanique, ni thermique. A titre d'exemple, dans le cas où les films sont mis en place manuellement, un simple lissage du doigt permet de garantir la mise en contact mécanique des surfaces devant être rendues solidaires.It should be noted that the anisotropic conductive films used are self-adhesive films, the installation of which requires neither mechanical nor thermal effort. For example, in the case where the films are placed manually, a simple smoothing of the finger makes it possible to guarantee the mechanical contacting of the surfaces to be made integral.
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GB-A-2 319 394 GB-A-2 319 394

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de détection de rayonnement comprenant :1. Radiation detection device comprising:
- au moins un détecteur à semi-conducteur (10, 12, 14), - au moins un circuit électronique (16) de polarisation et/ou de lecture dudit détecteur, et- at least one semiconductor detector (10, 12, 14), - at least one electronic circuit (16) for biasing and / or reading said detector, and
- des moyens de connexion (18a, 18b, 20a, 20b, 21a, 21b) entre ledit détecteur et ledit circuit électronique, caractérisé en ce que les moyens de connexion comportent au moins un film auto-adhésif conducteur (18a, 18b).- connection means (18a, 18b, 20a, 20b, 21a, 21b) between said detector and said electronic circuit, characterized in that the connection means comprise at least one self-adhesive conductive film (18a, 18b).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le film auto-adhésif (18a, 18b) est un film conducteur anisotrope comprenant deux faces principales opposées parallèles, le film étant conducteur dans un sens perpendiculaire aux faces et étant isolant dans un sens parallèle aux faces principales.2. Device according to claim 1, in which the self-adhesive film (18a, 18b) is an anisotropic conductive film comprising two opposite main parallel faces, the film being conductive in a direction perpendicular to the faces and being insulating in a direction parallel to the main faces.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens de connexion comportent en outre au moins une carte de connexion (20a, 20b), connectée audit circuit électronique (16), chaque carte de connexion étant collée contre une face de connexion du détecteur à semi-conducteur, équipée d'au moins une électrode, par l'intermédiaire dudit film auto-adhésif3. Device according to claim 2, wherein the connection means further comprises at least one connection card (20a, 20b), connected to said electronic circuit (16), each connection card being glued against a connection face of the detector. semiconductor, equipped with at least one electrode, by means of said self-adhesive film
(18a, 18b). (18a, 18b).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel au moins une partie du circuit électronique est formé sur la carte de connexion.4. Device according to claim 3, wherein at least part of the electronic circuit is formed on the connection card.
5. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens de connexion (20a) comportent une première carte de connexion collée sur une première face de connexion du détecteur à semi-conducteur par l'intermédiaire d'un premier film auto-adhésif conducteur anisotrope (18a) et une deuxième carte de connexion (20b) collée sur une deuxième face de connexion du détecteur à semi-conducteur, opposée à ladite première face de connexion, par l'intermédiaire d'un deuxième film auto-adhésif conducteur anisotrope (20b).5. Device according to claim 2, in which the connection means (20a) comprise a first connection card bonded to a first connection face of the semiconductor detector by means of a first self-adhesive anisotropic conductive film. (18a) and a second connection card (20b) bonded to a second connection face of the semiconductor detector, opposite to said first connection face, by means of a second anisotropic conductive self-adhesive film (20b ).
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la première face de connexion du détecteur est équipée d'une électrode unique (12) et dans lequel la deuxième face de connexion du détecteur est équipée d'une pluralité d'électrodes (14).6. Device according to claim 5, in which the first connection face of the detector is equipped with a single electrode (12) and in which the second connection face of the detector is equipped with a plurality of electrodes (14).
7. Dispositif de détection selon la revendication 1, comportant une pluralité de détecteurs à semi-conducteur.7. Detection device according to claim 1, comprising a plurality of semiconductor detectors.
8. Dispositif de détection selon la revendication 7, dans lequel chaque détecteur (10, 12, 14) est équipé d'une première et d'une deuxième carte de connexion (20a, 20b), collées respectivement sur le détecteur au moyen d'un film auto-adhésif conducteur anisotrope, et dans lequel les détecteurs, équipés des cartes de connexions sont empilés.8. Detection device according to claim 7, in which each detector (10, 12, 14) is equipped with a first and a second connection card (20a, 20b), bonded respectively to the detector by means of an anisotropic conductive self-adhesive film, in which the detectors, fitted with connection cards are stacked.
9. Système d'imagerie comprenant un dispositif de détection selon la revendication 8. 9. An imaging system comprising a detection device according to claim 8.
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