具有大有效面积的半导体辐射探测器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及半导体辐射探测器的结构。本发明尤其涉及半导体辐射探测器的构造，其中探测器芯片可以使用尽可能多的可用空间。
【背景技术】
[0002]诸如PIN 二极管(P型-本征-N型)探测器和SDD (硅漂移探测器)的某些半导体辐射探测器的有效操作得益于在被称作探测器罐的气密外壳中对探测器晶体和其直接电触点进行密封。在一些申请中，半导体辐射探测器可以位于伸长管的末端，其指向微分析器的样品座(holder)。在探测器罐或管的正面处的辐射窗允许辐射进入，而探测器组件的背侧具有连接装置和触脚，需要其以将探测器机械、电学和热学耦合到辐射探测仪器。诸如帕尔贴元件的热电冷却器通常被包括在实体内，其在组装完的形式下经常被称为探测头。
[0003]图1示出现有技术探测头。该探测器芯片101附接到衬底102，进而衬底102附接到热电冷却器103。具有突出连接螺栓105的基板104支撑该布置，并且接近探测器罐106的底部，其正面具有由辐射窗107覆盖的开口。图示被简化并且省略了可能的中间屏蔽层及对理解本发明的背景而言非必需的其他特征。
[0004]触脚108穿过基板104中的孔，并且通过绝缘套筒109与其绝缘。由基板104、连接螺栓105、触脚108和绝缘套筒109构成的实体有时被称作端头。接合(bonding)线110将每个触脚108的顶端连接到衬底102的顶表面上的接合垫111。进一步的接合线(未示出)可以构成衬底102的区域和探测器芯片101上的相应接触垫之间的电连接。刚好作为制造电连接的线接合的选择涉及低热传导性的固有优点；例如，关键的是让尽可能小的热量从触脚108流向衬底102并进一步流到探测器芯片101。
[0005]原则上探测器芯片越大，探测器的灵敏度越好:表面更大的探测器芯片收集的光子更多，增加脉冲频率。在图1的电路布置中，衬底102以及因此探测器芯片101必须直径小于由触脚108形成的圆，这是因为接合楔必须能够从上方接触触脚的顶端，以及衬底102和探测器芯片101上的接合垫。基本上将会可能是的整个探测头直径更大，但是将使得很难放置其为靠近开始将被探测的辐射的样品。触脚的环的直径必须始终显著小于基板的直径，因为密闭密封并电学绝缘基板中的触脚孔必须要求使用绝缘套筒，该绝缘套筒完全包围触脚并且具有一定最小壁厚，并且因为一些基板金属必须保持在绝缘套筒的孔和基板边缘之间。
[0006]图2和3示出已知探测头，其目标是避免触脚的圆的尺寸限制效应。图2的结构从专利公开EP2286275中已知。接合从侧面进行，因此接合线210将触脚208的侧表面连接到位于衬底202的竖直表面上的接合垫211。在这个电路布置中，触脚比图1的电路布置中短，并且衬底202的直径的上限(并因此，在近似相同程度上，对于探测器芯片201的直径)由触脚的圆的直径加上接合允许的边际差来确定。实际上，也可以说是触脚的圆的直径限定了衬底的最大直径。
[0007]图3的结构从专利公开US2012/0228498中已知。该探测器芯片301覆晶接合到第一衬底302，在第一衬底302下方是第二衬底312，其外边缘限定腔。为了连接到触脚和从触角连接，接合线310在触脚308的顶端和位于所述腔中结合垫(未分别示出)之间。尽管图3中未示出，通常也需要接合到探测器芯片301的顶侧。第二衬底的直径312必须小于触脚的圆，但是第一衬底302和探测器芯片301的直径可以尺寸相同甚至大于触脚的圆的直径。这种结构的缺点包括第二衬底的三维形式相对复杂，而且用于进行线接合的腔中的可用空间较小且三维有限。
[0008]对于探测头结构存在一种需要，使得探测器芯片能够具有大面积，而同时使得结构便于制造并且使用可靠。
【发明内容】
[0009]下列示出简要的概括，以便提供各个发明实施例的一些方面的基本知识。内容不是本发明的广泛概述。这既不是要识别本发明的关键或关键性部件，也不是要划出本发明的保护范围。下面内容仅仅作为本发明的示例实施例的更详细说明的前奏以简要形式介绍本发明的一些概念。
[0010]根据本发明的第一方面，提供了半导体辐射探测器，其包括:
[0011 ]-探测器芯片，其具有前侧和背侧，
[0012]-在探测器芯片背侧上的支撑板，与所述探测器芯片电连接，
[0013]-基板，具有附接到其上的热电冷却器以及从所述基板向所述探测器芯片突出的触角，
[0014]-接合板，在所述热电冷却器不同于所述基板相对侧上，
[0015]-第一线接合连接，在所述触脚和所述接合板之间，
[0016]-联接板，在所述接合板和所述支撑板之间，
[0017]-在所述支撑板和所述接合板之间的通过所述联接板的电连接。
[0018]按照本发明的第二方面，提供了用于制造半导体辐射探测器的方法。该方法，包括:
[0019]-将探测器芯片附接到支撑板，
[0020]-在所述探测器芯片和所述支撑板之间形成电连接，
[0021]-在子组装件中在接合板和触脚之间形成线接合连接，该子组装件包括基板、附接到基板的热电冷却器，以及从基板突出的所述触脚，和
[0022]-使用中间联接板，以将所述支撑板机械和电学连接到所述接合板。
[0023]作为用于形成电连接的技术，具有接合楔的线接合具有许多非常有利的特征。例如，该接合线可能桥接缺口(即，两个将被电学耦合的触点不需要彼此紧密接触)；尽管该连接的电导率良好，但该连接的热传导率小；并且接合可以非常精确地进行，允许触点相对小。然而，线接合也具有其限制。单独线结合连接不能承载任何显著的机械负载；将被耦合的两个触点必须从常规方向上能被自由接近；并且其一定不能有非常多的相互高度差。胶合(用导电胶)和焊接形成机械附接以及电耦合，但是其在空间上没有线接合精确，并且其也在附接上产生显著热传导。
[0024]根据本发明的实施例组装半导体辐射探测器结合了几种技术的有利特征。线接合用于两个子组件的制造，其用不同技术机械且电学连接，诸如胶合和/或焊接。上面提到的附接技术足够坚固以将组装的探测器的部件机械地保持在一起，并且联接板的使用允许自由地形成触点，以便胶合或焊接的更有限的准确度无关紧要。使用胶合和/或焊接的接口热传导性良好是优点而不是缺点，因为其可用作冷却探测器芯片。使用单独的联接板还允许使用有非常简单的几何外形的各种部件，这简化了制造，并且允许在可以容纳附接到部件表面的电子器件的结构中形成腔。
[0025]本专利申请中存在的本发明的示例性实施例不解释为对附加权利要求的适用性施加限制。动词“包括”在本申请中用作开放式限制，其不排除其他未引用特征的存在。在从属权利要求中列举的特征可相互自由结合，除非另外明确陈述。
[0026]在附加权利要求中特别阐明被认为是本发明的特征的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，关于构造及其操作方法，本发明本身与其附加目标和优点一起将从具体实施例的下列描述得到最佳理解。