本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。

背景技術(shù)：

醫(yī)療技術(shù)中，PET等設(shè)備都會應(yīng)用一些光電探測器，以用于射線測量和探測。例如，SiPM(Silicon photomultiplier，硅光電倍增管)作為一種新型的半導(dǎo)體探測器，其緊湊的結(jié)構(gòu)及較高的信噪比，大大提高了PET設(shè)備的空間分辨率。

光電探測器一般后端都會配置后端電路，用于信號處理計算，一般會帶來比較大的熱量。但是，這些光電探測器，對溫度及溫度的變化極其敏感，所以必須通過一定的冷卻溫控方法和封裝技術(shù)才能實現(xiàn)正常工作的溫控要求，從而使光電探測器工作性能達(dá)到最佳狀態(tài)。

目前，光電探測器的冷卻方法一般分為兩種：一種是風(fēng)冷，通過風(fēng)扇對探測器進(jìn)行表面降溫，通過空氣循環(huán)帶走過多熱量；另一種是水冷，以水路為載體，通過特定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對探測器降溫。

公開號為CN104081223A、公開日為2014年10月1日的專利“用于PET探測器的區(qū)塊安裝”提出了一種對探測器的冷卻安裝方案，每個探測器模塊包括冷卻結(jié)構(gòu)和安裝結(jié)構(gòu)，每個探測器區(qū)塊連接到冷卻結(jié)構(gòu)實現(xiàn)冷卻安裝。該專利著重介紹了一種光電探測器的安裝方式，但是關(guān)于光電探測器的冷卻只是提到冷卻和安裝結(jié)構(gòu)之間可具有導(dǎo)熱膏或熱元件，至于如何使冷卻結(jié)構(gòu)件溫度均勻地傳遞給光電探測器并沒有給出，如果按照該專利方法難以實現(xiàn)溫度的均衡傳遞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)以解決上述技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方面，提出了一種基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)，包括水冷板單元和安裝于水冷板單元上的至少一個探測模塊，所述的探測模塊包括探測器單元和導(dǎo)熱單元，所述導(dǎo)熱單元的一端與所述探測器單元連接，所述導(dǎo)熱單元的另一端與水冷板單元連接，所述的導(dǎo)熱單元包括導(dǎo)熱板和安裝板，所述導(dǎo)熱板與安裝板固定連接，所述導(dǎo)熱板與安裝板之間形成有導(dǎo)熱腔。

作為優(yōu)選，所述探測模塊的外圍設(shè)有熱塑材料層。

作為優(yōu)選，所述的探測器單元包括光電探測器板和若干個晶體，所述光電探測器板的一端與晶體連接，所述光電探測器板的另一端至少設(shè)有一個凸出于光電探測器板表面的線孔插槽。

作為優(yōu)選，所述光電探測器板的一端與晶體粘接。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱板開設(shè)有與線孔插槽相對應(yīng)的第一孔，所述安裝板開設(shè)有與線孔插槽相對應(yīng)的第二孔。

作為優(yōu)選，所述安裝板的外周設(shè)有用于連接水冷板單元的安裝孔。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱板與光電探測器板粘接。

作為優(yōu)選，所述安裝板一面的外周設(shè)有翻邊，所述翻邊的高度大于或等于導(dǎo)熱板的厚度，導(dǎo)熱板嵌入安裝在安裝板有翻邊的一面。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱板與安裝板粘接。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱板與安裝板為過盈配合。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)熱板朝向安裝板的一面設(shè)有凹槽，所述導(dǎo)熱腔形成于導(dǎo)熱板的凹槽與安裝板之間。

作為優(yōu)選，所述的水冷板單元包括上部水冷板、下部水冷板及水冷管，所述的水冷管嵌設(shè)在上部水冷板和下部水冷板之間。

作為優(yōu)選，所述上部水冷板的厚度大于所述下部水冷板；或，所述上部水冷板的厚度小于所述下部水冷板。

作為優(yōu)選，所述的上部水冷板、下部水冷板上均設(shè)有與插線孔槽相對應(yīng)的槽形開口。

根據(jù)本發(fā)明實施例的第二方面，提出了一種根據(jù)上述基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括如下步驟：

封裝單個的探測模塊；

組裝水冷板單元；

將所有探測模塊組裝到水冷板單元上；

其中，所述的探測模塊包括探測器單元和導(dǎo)熱單元，所述導(dǎo)熱單元的一端與所述探測器單元連接，所述導(dǎo)熱單元的另一端與水冷板單元連接，所述的導(dǎo)熱單元包括導(dǎo)熱板和安裝板，所述導(dǎo)熱板與安裝板固定連接，所述導(dǎo)熱板與安裝板之間形成有導(dǎo)熱腔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明通過對水冷板單元、探測器單元和導(dǎo)熱單元三者之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以實現(xiàn)溫度的均衡傳遞，從而使采用的光電探測器達(dá)到最佳工作狀態(tài)，使應(yīng)用該光電探測器的設(shè)備具有更好的性能參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)的一種橫截面示意圖；

圖3為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)中探測器單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)中導(dǎo)熱單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)中導(dǎo)熱板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)中安裝板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)中水冷板單元的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝方法的流程圖；

圖9為本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝方法中封裝單個的探測模塊的流程圖。

圖中，1-上部水冷板，2-下部水冷板，3-安裝板，4-導(dǎo)熱板，5-光電探測器板，6-晶體，7-水管槽，8-水冷管，9-槽形開口，10-探測模塊，11-水冷板單元，12-線孔插槽，13-第一孔，14-凹槽，15-第二孔，16-翻邊，17-安裝孔。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖所示的具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

在本發(fā)明使用的術(shù)語是僅僅出于描述特定實施例的目的，而非旨在限制本發(fā)明。在本發(fā)明和所附權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語“和/或”是指并包含一個或多個相關(guān)聯(lián)的列出項目的任何或所有可能組合。

應(yīng)當(dāng)理解，盡管在本發(fā)明可能采用術(shù)語第一、第二等來描述各種結(jié)構(gòu)，但這些結(jié)構(gòu)不應(yīng)限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用來將同一類型的結(jié)構(gòu)彼此區(qū)分開。例如，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，第一孔也可以被稱為第二孔，類似地，第二孔也可以被稱為第一孔，取決于語境。

如圖1所示，一種基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)，包括水冷板單元11和安裝于水冷板單元11上的至少一個探測模塊10，所述的探測模塊10包括探測器單元和導(dǎo)熱單元，所述導(dǎo)熱單元的一端與所述探測器單元連接，所述導(dǎo)熱單元的另一端與水冷板單元11連接。圖2為圖1所示本發(fā)明基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明的一個可行的實施方式中，所述探測模塊10的外圍設(shè)有熱塑材料層。由于探測模塊10是各部件粘接而成，熱塑材料層的作用是保證整個探測模塊10粘接的整齊牢固。

如圖3所示，所述的探測器單元包括光電探測器板5和若干個晶體6，所述光電探測器板5的一端與晶體6連接，所述光電探測器板5的另一端至少設(shè)有一個凸出于光電探測器板5表面的線孔插槽12。

本發(fā)明的光電探測器板5為設(shè)置光電探測器的光子接收單元，所述光電探測器可以是硅光電倍增管(SiPM)探測器，還可以是其他類型的探測器，比如鎘鋅碲化物(CZT)或其他固態(tài)探測器。光電探測器或晶體可以是像素化的。所述線孔插槽12用于光電探測器的連接線與外部設(shè)備的插接，線孔插槽12的數(shù)量為一個、兩個或多個，具體可以根據(jù)實際操作要求設(shè)置。

本發(fā)明的一個可行的實施方式中，所述光電探測器板5的一端與晶體6粘接。為了穩(wěn)固性，可以利用光學(xué)粘接劑在定位工裝輔助下對光電探測器板5和晶體6進(jìn)行精確粘接。

如圖4所示，所述的導(dǎo)熱單元包括導(dǎo)熱板4和安裝板3，所述導(dǎo)熱板4與安裝板3固定連接。

所述導(dǎo)熱板4與安裝板3之間形成有導(dǎo)熱腔。本發(fā)明的一個可行的實施方式中，如圖5所示，所述導(dǎo)熱板4朝向安裝板3的一面設(shè)有凹槽14，凹槽14為溫度平衡缺口，導(dǎo)熱板4的凹槽14與安裝板3之間形成導(dǎo)熱腔。導(dǎo)熱板4采用具有很好導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱材料制成。

所述凹槽14的數(shù)量、形狀和深度等均可根據(jù)實際需要進(jìn)行有選擇的設(shè)置。凹槽14的數(shù)量可以為一個，兩個，或多個；凹槽14的形狀可以為平行四邊形、正多邊形、圓形、橢圓形，還可以為兩條邊分邊在導(dǎo)熱板4兩側(cè)邊的不規(guī)則多邊形等，凹槽14的側(cè)邊可以呈一側(cè)或兩側(cè)的階梯型、柵欄型、回字型等多種構(gòu)型；凹槽14的深度小于導(dǎo)熱板4的厚度即可，具體深度視導(dǎo)熱需要而定。

如圖6所示，所述安裝板3一面的外周設(shè)有翻邊16，所述翻邊16的高度大于或等于導(dǎo)熱板4的厚度，導(dǎo)熱板4嵌入安裝在安裝板3有翻邊16的一面。安裝板3為結(jié)構(gòu)件，可以為沖壓成型，也可以用去除材料的辦法加工成型。

所述安裝板3的外周設(shè)有用于連接水冷板單元11的安裝孔17。安裝孔17可以為一或兩個銷孔和兩個螺紋孔，水冷板單元11上設(shè)置與安裝孔17對應(yīng)的一或兩個銷孔和兩個螺釘沉頭孔，通過銷釘實現(xiàn)探測模塊10安裝到水冷板單元11上的定位安裝，通過螺釘實現(xiàn)探測模塊10安裝到水冷板單元11上的夾緊安裝。當(dāng)然，安裝孔17的安裝形式不限于銷釘和螺釘，也可應(yīng)用螺栓等其他固定方式。

本發(fā)明的一個可行的實施方式中，所述導(dǎo)熱板4與安裝板3粘接；本發(fā)明的另一個可行的實施方式中，所述導(dǎo)熱板4與安裝板3為過盈配合。

采用上述實施例的方式將導(dǎo)熱板4與安裝板3配合安裝，二者定位是結(jié)構(gòu)上保證的自定位。安裝完成之后，二者之間因設(shè)有凹槽14會形成導(dǎo)熱腔，該導(dǎo)熱腔為空氣腔。導(dǎo)熱板4、安裝板3通過不同導(dǎo)熱系數(shù)材料組合形成空氣腔，用局部導(dǎo)熱系數(shù)不同來平衡局部溫度差變化。

本發(fā)明的一個可行的實施方式中，導(dǎo)熱板4與安裝板3都用導(dǎo)熱材料制成，將兩個零件兩種材料用一個零件一種材料進(jìn)行替代，通過凹槽14等凹形設(shè)計或者凸凹形設(shè)計實現(xiàn)溫度在水冷板單元11與光電探測器板5之間均勻傳遞。

所述導(dǎo)熱板4與安裝板3組裝為完整的導(dǎo)熱單元后，導(dǎo)熱單元的底部與光電探測器板5的上表面粘接。具體的，可以在安裝板3的下表面與光電探測器板5的上表面分別涂覆光學(xué)粘接劑，通過特定工裝輔助，完成兩者的粘接。

所述導(dǎo)熱板4開設(shè)有與線孔插槽12相對應(yīng)的第一孔13，所述安裝板3開設(shè)有與線孔插槽12相對應(yīng)的第二孔15。第一孔13和第二孔15用于容納光電探測器的連接線，第一孔13和第二孔15的深度之和與線孔插槽12凸出于光電探測器板5表面的高度相一致，即線孔插槽12的最外端與導(dǎo)熱板4的上表面、安裝板3的翻邊16平齊，從而使整個探測模塊10封裝后的表面平整。

如圖7所示，所述的水冷板單元11包括上部水冷板1、下部水冷板2及水冷管8，所述的水冷管8嵌設(shè)在上部水冷板1和下部水冷板2之間，上部水冷板1、下部水冷板2之間通過焊接聯(lián)結(jié)。上部水冷板1的下底面和下部水冷板2的上底面均可以開設(shè)和水冷管8形狀相適配的水管槽7，水冷管8可以容納在水管槽7中。水冷管8可以采用銅管或其他材質(zhì)的管道，在水冷管8中通入冷卻水，即可實現(xiàn)水冷板單元11工作。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的一可選實施例中，所述上部水冷板1的厚度大于所述下部水冷板2；或，所述上部水冷板1的厚度小于所述下部水冷板2。通過上部水冷板1、下部水冷板2薄厚設(shè)計不同，從另外一個角度來消除因為水冷板單元11內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性所帶來的溫度不均勻性，從而使下部水冷板2下表面?zhèn)鬟f出盡可能一致的溫度。

所述的上部水冷板1、下部水冷板2上均設(shè)有與插線孔槽12相對應(yīng)的槽形開口9。槽形開口9用于容納光電探測器的連接線，的中心線與線孔插槽12、第一孔13、第二孔15的中心線為同一直線。水冷板單元11上預(yù)留用于安裝探測模塊10的孔位，孔位與安裝板3的安裝孔17相對應(yīng)，可以為銷孔與螺孔等。

當(dāng)然，上述實施例僅為示例性的說明，本發(fā)明中并不限于此，時序供電支路數(shù)量與以上實施例不同的情況同樣適用于本發(fā)明中。

在本發(fā)明實施例的又一方面，還提出了一種根據(jù)上述基于水冷的光電探測器封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，如圖8所示，包括如下步驟：

第一步，S101，封裝單個的探測模塊10。

將晶體6、光電探測器板5、導(dǎo)熱板4、安裝板3等組裝為單個探測模塊10。

第二步，S102，組裝水冷板單元11。

將上部水冷板1、下部水冷板2及水冷管8組裝成水冷板單元11。

第三步，S103，將所有探測模塊組裝到水冷板單元11上。

一個完整的探測器模塊組可能對應(yīng)多個探測模塊10，依次將所有的探測模塊10安裝到水冷板單元11上。探測模塊10的安裝板3與水冷板單元11可以通過銷釘或螺釘或螺栓連接。安裝完整的模塊組后在水冷板單元11通入冷卻水即可實現(xiàn)SiPM探測器封裝及溫控。

其中，所述的探測模塊包括探測器單元和導(dǎo)熱單元，所述導(dǎo)熱單元的一端與所述探測器單元連接，所述導(dǎo)熱單元的另一端與水冷板單元11連接，所述的導(dǎo)熱單元包括導(dǎo)熱板4和安裝板3，所述導(dǎo)熱板4與安裝板3固定連接，所述導(dǎo)熱板4與安裝板3之間形成有導(dǎo)熱腔。

具體的，步驟S101中，在封裝單個的探測模塊時，如圖9所示，具體步驟如下：

S110，將晶體6粘接在光電探測器板5上。

將晶體6與光電探測器板5利用光學(xué)粘接劑在定位工裝輔助下進(jìn)行精確粘接。

S120，將導(dǎo)熱板4安裝在安裝板3上。

將導(dǎo)熱板4與安裝板3配合安裝，結(jié)合的固定方式可以為膠接或者小過盈的過盈配合，二者是結(jié)構(gòu)上保證的自定位。安裝完成之后，導(dǎo)熱板4與安裝板3會形成導(dǎo)熱腔，一起用來平衡來自上方水冷板單元11的不平衡溫度。

S130，將光電探測器板5粘接在安裝板3上。

在安裝板3下表面與光電探測器板5上表面涂光學(xué)粘接劑，通過特定工裝輔助完成兩者的粘接。

S140，進(jìn)行熱塑封。

晶體6、光電探測器板5、導(dǎo)熱板4、安裝板3均組裝完成后，通過熱塑材料進(jìn)行熱塑封，得到探測模塊10。

步驟S102中，在組裝水冷板單元11時，具體步驟如下：

將水冷管8嵌在上部水冷板1和下部水冷板2之間；

將上部水冷板1和下部水冷板2焊接聯(lián)結(jié)。

當(dāng)然，上部水冷板1和下部水冷板2也可采用焊接以外的方式聯(lián)結(jié)。

以上封裝方法中的部分元件的技術(shù)特征在前述封裝結(jié)構(gòu)的描述中已做說明，在此不再贅述。

本發(fā)明通過對水冷板單元、探測器單元和導(dǎo)熱單元三者之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以實現(xiàn)在水冷板單元表面溫度不均勻狀態(tài)傳到探測器單元表面溫度均勻一致的目的，從而使采用的光電探測器達(dá)到最佳工作狀態(tài)，使應(yīng)用該光電探測器的設(shè)備具有更好的性能參數(shù)。本發(fā)明可具體應(yīng)用于具有二級成像模態(tài)的正電子發(fā)射斷層攝影(PET)或單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)系統(tǒng)，其范例包括計算機斷層攝影(CT)、磁共振(MR)成像以及SPECT，還具體應(yīng)用于獨立的PET或SPECT掃描器。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由本申請的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。