РЕНТГЕНОВСКИЙ ДЕТЕКТОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
X-RAY DETECTOR AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Заявленная группа изобретений относится к изготовлению устройств детектирования изображения, полученного при регистрации рентгеновского излучения, в частности, устройств для рентгеновского анализа биоматериалов и биологических объектов в целом, а также систем неразрушающего контроля.
Известен рентгеновский детектор, содержащий корпус и расположенные в нем матрицу фоточувствительных элементов, состоящую из четырех фрагментов, расположенных с зазорами относительно друг друга с образованием общей фоточувствительной поверхности, слой материала, обеспечивающего преобразование рентгеновского излучения в видимый свет (сцинтиллятора), и средства формирования рентгеновского изображения, вход каждого из которых соединен с выходами соответствующих фоточувствительных элементов (см. US 6352875 В1, МПК H01L 31/0203, 05.03.2002). В известном детекторе каждый из фрагментов упомянутой матрицы закреплен на общем основании посредством слоя адгезивного материала (клея).
Недостаток известного детектора состоит в его невысокой долговечности, вследствие повреждения фоточувствительных элементов матрицы в результате прямого воздействия на нее рентгеновского излучения. Кроме этого, выполнение детектора (имеющим общее основание, на котором закреплены фрагменты матрицы) таково, что присутствует опасность коробления элементов его конструкции при термомеханических нагрузках, возникающих при монтаже и эксплуатации, что снижает надежность и долговечность детектора в целом.
Известный детектор принят в качестве ближайшего аналога заявленного детектора.
Кроме этого, известен способ изготовления рентгеновского детектора, включающий закрепление каждого из фрагментов матрицы фоточувствительных элементов на едином основании, соединение входа каждого из средств формирования рентгеновского изображения с выходами соответствующих фоточувствительных элементов и помещение полученной сборки в корпус (см. там же).
Недостатки известного способа, помимо указанных выше, заключаются:
1) в недостаточной технологичности изготовления детектора, обусловленной особенностями его монтажа;
2) в высокой вероятности неплоскостности образующейся при монтаже общей фоточувствительной поверхности, которая может быть компенсирована лишь увеличением толщины слоя адгезивного материала, что, в конечном счете, сказывается на качестве получаемого изображения;
3) в невозможности проконтролировать качество межсоединений в процессе монтажа.
Техническая проблема, решаемая заявленной группой изобретений, состоит в создании рентгеновского детектора, обеспечивающего высокое качество получаемого изображения продолжительный период времени, и технологичного и эффективного способа его изготовления.
При этом достигаются технические результаты, заключающиеся:
1) в повышении надежности и долговечности детектора за счет изменения его конструкции;
2) в повышении качества получаемого рентгеновского изображения за счет возможности минимизирования неплоскостности общей фоточувствительной поверхности матрицы в результате особенностей ее монтажа при одновременном минимизировании технологического зазора между упомянутой поверхностью и соседним элементом конструкции;
3) в повышении технологичности изготовления детектора за счет исключения необходимости в использовании дополнительной оснастки при осуществлении промежуточных технологических операций;
4) в снижении количества брака готовой продукции за счет возможности оперативного контроля качества межсоединений.
Техническая проблема решается, а указанные технические результаты достигаются в результате создания группы изобретений, а именно, рентгеновского детектора и способа его изготовления.
Заявленный рентгеновский детектор содержит корпус и расположенные в нем матрицу фоточувствительных элементов, состоящую, по меньшей мере, из четырех фрагментов, расположенных с зазорами относительно друг друга с образованием общей фоточувствительной поверхности, слой материала, обеспечивающего преобразование рентгеновского излучения в видимый свет, и средства формирования рентгеновского изображения, вход каждого из которых соединен с выходами соответствующих фоточувствительных элементов. Детектор снабжен волоконно-оптической плитой, на одной из сторон которой расположен упомянутый слой материала, обеспечивающего преобразование рентгеновского излучения в видимый свет. На противоположной стороне волоконно-оптической плиты одной из своих сторон закреплен посредством слоя светопрозрачного адгезивного материала каждый из фрагментов упомянутой матрицы, закрепленный своей противоположной стороной на отдельном основании, выполненном с возможностью подведения вакуума.
В частном варианте выполнения, в качестве светопрозрачного адгезивного материала использован адгезивный материал, жидкий в неотвержденном состоянии.
Способ изготовления заявленного рентгеновского детектора включает:
- закрепление на каждом из отдельных оснований соответствующего промежуточного элемента, обеспечивающего соединение входа каждого из средств формирования рентгеновского изображения с выходами соответствующих фоточувствительных элементов, с образованием временной сборки,
- установку каждого из фрагментов упомянутой матрицы на соответствующем отдельном основании,
- подведение вакуума к каждому из отдельных оснований для фиксации соответствующего фрагмента,
- электрическое соединение каждой из контактных площадок соответствующего фрагмента и соответствующей контактной площадки упомянутого промежуточного элемента,
- нанесение на соответствующую сторону волоконно-оптической плиты слоя жидкого светопрозрачного адгезивного материала,
- расположение каждой из упомянутых временных сборок на упомянутом слое светопрозрачного адгезивного материала с зазорами относительно друг друга,
- выравнивание упомянутых временных сборок для обеспечения зазоров между ними постоянной ширины,
- прекращение подведения вакуума к каждому из упомянутых отдельных оснований и их временное отделение,
- прижатие упомянутых фрагментов к упомянутому слою светопрозрачного адгезивного материала,
- отверждение упомянутого слоя светопрозрачного адгезивного материала,
- закрепление каждого из упомянутых отдельных оснований на соответствующем фрагменте упомянутой матрицы,
- соединение входа каждого из упомянутых средств формирования рентгеновского изображения с выходами соответствующих фоточувствительных элементов,
- расположение слоя материала, обеспечивающего преобразование рентгеновского излучения в видимый свет, поверх упомянутой матрицы,
- помещение полученной сборки в корпус.
В частном варианте выполнения, электрическое соединение каждой из контактных площадок соответствующего фрагмента и соответствующей контактной площадки упомянутого промежуточного элемента создают посредством сварочного соединения с использованием длинномерного проводника.
Далее возможные варианты исполнения изобретения подробно объясняются со ссылкой на фигуры.
На фиг. 1 показано схематичное изображение общего вида заявленного детектора, в частном варианте его выполнения (вид сверху с частичным вырезом).
На фиг. 2 показано схематичное изображение общего вида фрагмента заявленного детектора, в частном варианте ее выполнения (вид сбоку в разрезе).
Рентгеновский детектор, показанный на фиг. 1 и фиг. 2, содержит матрицу 1 фоточувствительных элементов (условно не показаны), состоящую из четырех фрагментов 2a-2d, расположенных с зазорами относительно друг друга с образованием общей фоточувствительной поверхности (приближенной к плоскости), слой 3 материала, обеспечивающего преобразование рентгеновского излучения в видимый свет, и расположенную между ними волоконно-оптическую плиту 4.
2
2
В качестве материала, обеспечивающего преобразование рентгеновского излучения в видимый свет, может быть использован любой подходящий материал, предпочтительно, сцинтиллятор на основе CsI:Tl или GdOS:Tb. Волоконно-оптическая плита 4 обеспечивает защиту фоточувствительных элементов от воздействия рентгеновского излучения.
Детектор, кроме этого, содержит четыре средства формирования рентгеновского изображения (условно не показаны), каждое из которых установлено на соответствующей печатной плате 5. Вход каждого из средств формирования рентгеновского изображения через соответствующий промежуточный элемент 6, представляющий собой, в частности, печатную плату 7 с проходящим сквозь нее проводником 8, посредством разъемов 9а и 9b и многожильного кабеля 10 соединен с выходами соответствующих фоточувствительных элементов (см. фиг. 2).
С этой целью обеспечено электрическое соединение каждой из контактных площадок 11 фрагментов 2a-2d и соответствующей контактной площадки промежуточного элемента 6, в частности, посредством сварного соединения с использованием длинномерного проводника (сварочной проволоки) 12.
Слой 3 материала, обеспечивающего преобразование рентгеновского излучения в видимый свет, расположен на стороне волоконно-оптической плиты 4, ближайшей к источнику рентгеновского излучения (условно не показан) в процессе эксплуатации детектора, и может быть закреплен на ней посредством слоя любого подходящего адгезивного материала (не показан). В частности, может быть использован коммерчески доступный адгезивный материал под торговым наименованием 3М ОСА 8146-1.
На противоположной стороне волоконно-оптической плиты 4 закреплен (посредством слоя светопрозрачного адгезивного материала 13) каждый из фрагментов 2а-2d упомянутой матрицы. Своей противоположной стороной каждый из фрагментов 2a-2d закреплен на соответствующем отдельном основании 14a-14d посредством слоя любого подходящего адгезивного материала. В частности, может быть использован коммерчески доступный адгезивный материал под торговым наименованием Пентэласт 1143.
В качестве светопрозрачного адгезивного материала 13 может быть использован любой подходящий адгезивный материал, жидкий в неотвержденном состоянии, в частности, коммерчески доступный под торговым наименованием Еро-Tek 301-2.
Подобное выполнение детектора обеспечивает большее, в сравнении с ближайшим аналогом, количество степеней свободы элементов его конструкции, что, в свою очередь, позволяет минимизировать вероятность их коробления при термомеханических нагрузках.
Каждое из оснований 14a-14d, в частном варианте, имеет канал 15, выполненный с возможностью соединения с источником вакуума, в частности, форвакуумным насосом (условно не показан).
Детектор также содержит корпус 16, при этом обеспечено механическое соединение (в частности, при помощи болтов 17) между отдельными основаниями 14a-14d и стенкой корпуса 16. Также имеет место механическое соединение (в частности, при помощи болтов 18) между платами 5 и отдельными основаниями 14a-14d.
Заявленный детектор изготавливают, осуществляя следующие технологические операции.
1. Производят закрепление на каждом из фрагментов 2a-2d соответствующего промежуточного элемента 6 посредством слоя любого подходящего адгезивного материала, в частности, коммерчески доступного под торговым наименованием Permabond ЕТ500, с образованием временной сборки.
2. Производят установку каждого из фрагментов 2a-2d на соответствующем отдельном основании 14a-14d.
3. Подводят вакуум к каждому из отдельных оснований 14a-14d для фиксации соответствующего фрагмента 2a-2d.
4. Создают электрическое соединение каждой из контактных площадок соответствующего фрагмента 2a-2d и соответствующей контактной площадки промежуточного элемента 6.
5. Наносят на соответствующую сторону волоконно-оптической плиты 4 слой жидкого светопрозрачного адгезивного материала 13.
6. Располагают каждую из временных сборок на слое светопрозрачного адгезивного материала 13 с зазорами относительно друг друга.
7. Выравнивают временные сборки для обеспечения зазоров между ними постоянной ширины.
8. Прекращают подведения вакуума к каждому из отдельных оснований 14a-14d и временно их отделяют.
9. Производят прижатие фрагментов 2a-2d к волоконно-оптической плите 4 через слой светопрозрачного адгезивного материала 13.
10. Производят отверждение слоя светопрозрачного адгезивного материала 13 (при использовании, например, материала Еро-Тек 301-2 отверждение происходит без дополнительного воздействия через некоторое время после смешивания компонентов).
Данные операции позволяют обеспечить минимальный технологический зазор между той стороной волоконно-оптической плиты 4, на которую передается изображение, полученное в результате прохождения рентгеновского излучения через упомянутый слой 3, и фоточувствительными элементами фрагментов 2a-2d, что обеспечивает минимальные искажения изображения, при этом, благодаря нахождению адгезивного материала 13 в жидком состоянии, сохраняется возможность взаимного выравнивания временных сборок (чего нельзя достичь, например, при использовании листовых адгезивов типа ОСА).
11. Закрепляют каждое из отдельных оснований 14a-14d на соответствующем фрагменте 2a-2d.
12. Производят механическое соединение каждой из печатных плат 5 с установленным на ней средством формирования рентгеновского изображения с соответствующим отдельным основанием 14a-14d и соединяют вход каждого из средств формирования рентгеновского изображения с выходами соответствующих фоточувствительных элементов, как описано выше.
13. Располагают слой материала, обеспечивающего преобразование рентгеновского излучения в видимый свет, поверх упомянутой матрицы и закрепляют его, как описано выше.
14. Помещают полученную сборку в корпус 16 и закрепляют ее в корпусе 16, как описано выше.
Заявленный детектор используют традиционным образом, широко известным из уровня техники и не раскрываемым конкретно в рамках настоящей группы изобретений.