CN100405525C - X射线发生器件 - Google Patents

Abstract

本发明的目的为提供高析像度的透射型X射线管。本发明的X射线摄像器件中，电子透镜形成部(100A)包含形成在磁轭(130)内部的中心轴部(131)和规定磁轭(130)的外周的外周部(133)。中心轴部(131)的前端部(135)的一部分成为位于电子枪侧的磁极(110)。由磁极(110)规定第1开口部(111)。外周部(133)的前端部(137)的一部分成为位于靶(300)侧的磁极(120)。由磁极(120)规定第2开口部(121)。第2开口部(121)的直径(d2)的值大于第1开口部(111)的直径(d1)的值。

Description

X射线发生器件

技术领域

本发明涉及例如能用于非破坏性检查的X射线发生器件。

背景技术

作为X射线发生器件的一个例子的X射线管是一种真空器件，从阴极使电场中加速的电子束碰撞靶，并利用该撞击产生X射线。X射线管中，将通过使电子束碰撞靶的一个面而从靶的另一个面发射X射线的称为透射型X射线管。透射型X射线管用于非破坏性检查、厚度测量、X射线分析等。例如，对电子部件那样的小型且高密度的部件作非破坏性检查时，要求透射型X射线管有微聚焦功能。

发明内容

近年来，电子部件中，例如BGA(Ball Grid Array：球栅阵)、CSP(Chip Size Package：芯片规模封壳)那样的半导体安装部件不断发展小型化、高密度化。对这样的半导体部件用透射型X射线管进行非破坏性检查时，需要使透射型X射线管成为高析像度。

本发明的目的是提供一种高析像度的X射线发生器件。

本发明是一种X射线发生器件，通过使电子束碰撞靶的一个面，从靶的另一个面发射X射线，其中具有产生电子束的装置、以及包含位于所述电子束产生装置侧的一个磁极和位于所述靶侧的另一磁极，并用由这些磁极产生的磁场形成使电子束会聚的电子透镜的装置；一个磁极具有出射电子束产生装置产生的电子束的第1开口部，另一磁极具有入射从第1开口部出射的电子束的第2开口部，第2开口部直径的值为第1开口部直径的值以上。

为了使X射线发生器件成为高析像度，其方法有例如减小X射线焦点的直径、加大X射线图像的放大率、提高X射线图像的质量等。根据本发明，由于第2开口部直径的值为第1开口部直径的值以上，能使电子透镜的形成位置靠近靶侧。因此，能减小电子透镜的放大率，可使入射到靶的电子束的直径减小。结果，能减小X射线焦点的直径，因而可使X射线发生器件成为高析像度。

本发明中，另一磁极可具有使入射到第2开口部的电子束往靶出射的第3开口部，并且第3开口部直径的值小于所述第2开口部直径的值。

利用这点，可防止靠近靶侧的电子透镜(磁场分布)扩展到靶的另一面，即扩展到发射X射线的靶面侧。结果，产生以下两种效果。一种效果是能防止被测量物的性能因磁场分布而劣化。另一种效果是当被测量物是磁性体时，能防止电子透镜(磁场分布)形状变化，因而能使电子束适当会聚。

本发明中，第3开口部直径的值可小于第1开口部直径的值。第3开口部直径的值可大于第1开口部直径的值。第3开口部直径的值也可等于第1开口部直径的值。

本发明中，也可使电子透镜形成装置的一个磁极包含具有贯通孔的强磁性体，贯通孔成为将电子束产生装置产生的电子束引导到第1开口部用的通路，贯通孔具有位于靶侧并且具有第1直径的第1部分、以及位于电子束产生装置侧并且具有直径的值大于第1部分的第2部分，可使第1部分包含第1开口部。

利用这点，能减小第1部分的直径的值，即能减小第1开口部的直径的值，因而形成电子透镜时，能减小电磁铁的线圈部流通的电流。

本发明中，还可使X射线发生器件具有单单将入射到电子透镜的电子束中通过电子透镜的中心附近的电子束引导到靶的装置。

利用这点，不通过电子透镜中心附近的电子束被所述引导到靶的装置截断，不到达靶。因此，能使X射线图像的质量提高。

本发明中，又可使X射线发生器件具有让一个磁极与另一磁极的间隙距离保持恒定用的装置。

利用这点，由于能使一个磁极与另一磁极的间隙距离保持恒定，因而电子透镜的形状能保持恒定。

附图说明

图1是本实施形态的电子透镜形成部的剖面图；

图2是本实施形态的透射型X射线管的剖面图；

图3是本实施形态中形成了电子透镜的状态的电子透镜形成部的剖面图；

图4是比较例中形成了电子透镜的状态的电子透镜形成部的剖面图；

图5是以图解方式示出本实施形态中入射到靶的电子束的图；

图6是以图解方式示出比较例中入射到靶的电子束的图；

图7是比较图5中参考号4000所示的图形和图6中参考号4000所示的图形的图；

图8是比较图5中参考号5000所示的图形和图6中参考号5000所示的图形的图；

图9是本实施形态的电子透镜形成部的第1变形例的剖面图；

图10是本实施形态的电子透镜形成部的第2变形例的剖面图；

图11是本实施形态的电子透镜形成部的第3变形例的剖面图；

图12是本实施形态的电子透镜形成部的第4变形例的剖面图。

具体实施方式

用附图说明本发明的X射线发生器件的较佳实施形态。本实施形态的X射线发生器件是透射型X射线管。

透射型X射线管概况

说明本实施形态的透射型X射线管的概况。图2是透射型X射线管1000的剖面图。透射型X射线管1000具有电子透镜形成部100A、电子枪200和靶300。

首先，简单说明透射型X射线管1000的运作。电子枪200是电子束形成装置的一个例子，其中包含灯丝201。从灯丝201出射电子束。利用电子透镜形成部100A，使电子束会聚，并且使电子束撞击靶300的一个面。由此，从靶300的另一个面发射X射线。

其次，简单说明透射型X射线管1000的结构。透射型X射线管具有与电子枪200电连接的电源部400。本实施形态中，电源部与配置电子枪的部分做成综合为一体的结构，但也可以是非综合为一体的结构。电源部400对电子枪200进行产生电子束所需高压的供给和电子发射的控制。电源部400利用例如环氧树脂那样的电绝缘树脂加以密封。将电源部400以其部分伸出的状态收装到箱部500中。

箱部500的上面配置筒部600，包围电源部400的上述伸出部分。筒部600的上面配置内部含有电子透镜形成部100A的筒部700。透射型X射线管1000运作时，使筒部600、700内为高真空。筒部700和筒部600之间安装铰链610。筒部700能将铰链610的轴作为旋转轴，能往箭头A的方向运动。由此，使筒部700成为翻倒的状态。在此状态下，进行灯丝201的更换等维护。筒部600的侧面安装泵800。进行灯丝201的更换等后，由泵800使筒部600、700内形成高真空。这样，透射型X射线管1000能再次使用。箱部500通过橡胶等组成的振动吸收板910固定在底板900上。

筒部700内，在其长度方向配置电子束通行管道710。从电子枪200出射的电子束通过电子束通行管道710，并被引导到电子透镜形成部100A。筒部700内，从电子枪200一侧开始，依次配置包围电子束通行管道710的线圈部720和730、连接电子束通行管道710的电子透镜形成部100A。电子透镜形成部100A包含位于电子枪200一侧的磁极110、和与磁极110设有规定间隙并且位于靶300一侧的磁极120。线圈部720与730相互独立地进行运作。线圈部720为聚光器线圈，线圈部730为目标线圈。

电子透镜形成部说明

下面详细说明电子透镜形成部100A。图1是电子透镜形成部100A的剖面图。电子透镜形成部100A具有强磁性材料做成的磁轭130。磁轭130包含：配置在与电子束通行管道710的管轴方向(下文称为管轴方向)为同轴方向并且成为磁轭130的中心轴的中心轴部131、和与管轴方向为同轴方向并且配置在中心轴部131的周围的外周部133。

外周部133为圆筒状，配置成与中心轴部131之间设有间距。在外周部133与中心轴部131之间的空间内，在电子枪一侧安装有线圈部730。线圈部730配置在管轴方向的同轴方向。外周部133与中心轴部131在电子枪一侧，由与管轴方向正交的正交部136连接外周部133和中心轴部131。

中心轴部131、外周部133都是其前端部135、137位于靶侧。前端部135、137越往靶的方向越细。前端部135的前端成为位于电子枪侧的磁极110。前端部137的前端向与管轴方向正交的方向弯曲，该前端成为位于靶侧的磁极120。

磁极110与磁极120之间设置规定的间隙。利用磁极120规定第2开口部121、第3开口部123。第2开口部的直径d2的值大于第1开口部111的直径d1的值。直径d2的值等于第3开口部123的直径d3的值。

中心轴部131形成有沿管轴方向延伸的贯通孔139。贯通孔139成为用于将电子枪产生的电子束引导到第1开口部111的通路。贯通孔139中插入电子束通行管道710。电子枪产生的电子束通过电子束通行管道710引导到第1开口部111后，从第1开口部111出射。从第1开口部111出射的电子束入射到第2开口部121。入射到第2开口部121的电子束从第3开口部123往靶300出射。

在由磁极110和磁极120形成的间隙中，配置有隔板140。隔板140的材料例如为SUS。隔板140上形成电子束通孔141。由电子透镜会聚的电子束中，通过电子透镜中心附近的电子束(下文称为中心电子束)通过电子束通孔141导至靶300。不通过电子透镜中心附近的电子束(下文称为外围电子束)被隔板140截断，不到达靶300。也就是说，中心电子束用于产生X射线，而外围电子束不用于产生X射线。外围电子束因电子透镜的像差而扩大，并到达靶300的一个面。由此产生的X射线成为背景噪声，是X射线图像质量降低的重要原因。因此，形成电子束通孔141，仅使不容易受透镜像差影响的中心电子束用于产生X射线。

隔板140还具有使磁极110与磁极130的间隙距离保持恒定的功能。间隙距离一旦变化，则从间隙泄漏的磁束变化，因而电子透镜的形状变化。因此，不能得到希望的X射线焦点直径。

前端部137上安装靶保持部310，使其覆盖第3开口部123。靶保持部310具有供第3开口部123出射的电子束通过的贯通孔320。靶300蒸镀在靶保持部310的表面，使其覆盖贯通孔320。可对前端部137卸下靶保持部310。利用这点，靶300由于透射型X射线管的使用而消耗时，可将靶保持部300更换成蒸镀了靶的新的靶保持部。

本实施形态的效果

下面说明本实施形态的效果。如图1所示，本实施形态的电子透镜形成部100A中，第2开口部121的直径d2的值大于第1开口部111的直径d1的值。因此，能减小X射线的焦点直径，可使透射型X射线管1000成为高析像度。下面，进行详细说明。

图3是形成了电子透镜的状态的电子透镜形成部100A的剖面图。图3是将图1进一步放大的图。本实施形态的电子透镜150A是电磁透镜。即，通过对线圈部730流通电流，在磁极110与磁极120的间隙产生磁场，将该磁场作为透镜。电子透镜150A使电子束会聚。通过使会聚的电子束撞击靶300的一个面，从靶300的另一个面发射X射线。电子束会聚的方式根据磁场分布的形状变化。

图4是比较例，是形成了电子透镜150B的状态的电子透镜形成部100B的剖面图。与图3的参考号表示的部分相同的部分附有相同的参考号。与电子透镜100A的不同点是直径d1的值与直径d2的值的关系。电子透镜形成部100B中，直径d1的值大于直径d2的值。从图3、图4可知，相对于直径d1的值，直径d2的值大起来时，电子透镜的形成位置随之靠近靶300侧。

电子透镜形成部100A、100B中，从阳极(即电子枪200)附近的假设点到靶300的距离为D。电子透镜的中心到靶的距离，电子透镜形成部100A为DA，电子透镜100B为DB。

电子透镜形成部100A的电子透镜系统的放大率MA为DA/D。电子透镜形成部100B的电子透镜系统的放大率MB为DB/D。由于DA小于DB，放大率MA小于放大率MB。因此，电子透镜150A与电子透镜150B相比，能使入射到靶300的电子束的直径小。

图5以图解方式示出本实施例中入射到靶300的电子束。图6以图解方式示出图4所示比较例中入射到靶300的电子束。参考号3000以图解方式示出靶300上的电子束的平面。参考号4000示出在靶300上的x方向通过电子束中心部的部分的电子束密度。参考号5000示出在靶300上的y方向通过电子束中心部的部分的电子束密度。

图7比较图5中参考号4000所示的图形和图6中参考号4000所示的图形。图8比较图5中参考号5000所示的图形和图6中参考号5000所示的图形。图7、图8中，实线为本实施形态，虚线为比较例。就电子束的宽度而言，本实施形态小于比较例。

本发明人根据以上的比较发现：第2开口部121的直径d2的值为第1开口部111的直径d1的值以上，即直径d2的值等于或大于直径d1的值时，形成本发明人所需X射线焦点直径以下的X射线焦点直径。因此，根据本实施形态，由于能减小X射线焦点直径，能使透射型X射线管1000成为高析像度。

电子透镜形成部变形例说明

下面说明本实施形态的电子透镜形成部的变形例。与图1所示电子透镜形成部100A的组成要素相同的要素附有相同的参考号。

变形例1

图9是本实施形态的电子透镜形成部变形例1的剖面图。图9所示的电子透镜形成部100C与电子透镜形成部100A的不同点是开口部的直径。即，电子透镜形成部100C中，第2开口部121的直径d1的值等于第1开口部111的直径d1的值。如上文所述，直径d2的值等于直径d1的值时，与图4所示第2开口部121的直径d2的值小于第1开口部111的直径d1的值时相比，能使入射到靶300的电子束的直径减小。因此，能减小X射线焦点直径，可使透射型X射线管1000成为高析像度。再者，电子透镜形成部100C中，第2开口部121的直径d2的值等于第3开口部123的直径d3的值。

变形例2

图10是本实施形态的电子透镜形成部变形例2的剖面图。图10所示的电子透镜形成部100D与电子透镜形成部100A相同，第2开口部121的直径d2的值大于第1开口部111的直径d1的值，并且第2开口部121的直径d2的值等于第3开口部123的直径d3的值。

电子透镜形成部100D与电子透镜形成部100A的不同点是中心轴部131形成的贯通孔139的形状。贯通孔139包含位于靶侧的第1部分132和位于电子枪侧的第2部分134。第1部分132包含第1开口部111。贯通孔139的第2部分134中插入电子束通行管道710。第2部分134的直径d4的值大于第1部分132的直径d1的值。利用电子透镜形成部100D，则由于能使第1部分的直径d1的值减小，形成电子透镜时，可减小线圈部730流通的电流。

变形例3

图11是本实施形态的电子透镜形成部变形例3的剖面图。图11所示的电子透镜形成部100E与电子透镜形成部100A相同，第2开口部121的直径d2的值大于第1开口部111的直径d1的值。电子透镜形成部100E与电子透镜形成部100A的不同点是第3开口部123的直径d3的值小于第2开口部121的直径d2的值。说明这点带来的效果。

例如，对被测量物2000进行非破坏性检查时，将被测量物2000放在靶330的X射线发射面附近。如上文所述那样，根据本实施形态，磁场分布(电子透镜)扩展到靶侧，因而有时磁场分布扩展到放置被测量物2000的部位。由于此磁场，被测量物2000的性能可能劣化。而且被测量物2000为磁性体时，有时磁场分布的形状(即电子透镜的形状)变化。由于电子透镜的形状变化，电子束会聚的状态可能变化。

根据电子透镜形成部100E，第3开口部123的直径d3的值小于第2开口部121的直径d2的值，因而能防止磁场分布扩展到被测量物2000放置的部位。

变形例4

图12是本实施形态的电子透镜形成部变形例4的剖面图。图12所示的电子透镜形成部100F，使其第1开口部111的直径d1的值与图10所示电子透镜形成部100D的第1开口部111的直径d1的值相同。电子透镜形成部100F，又使其第2开口部121的直径d2的值与图11所示电子透镜形成部100E的第2开口部的直径d2的值相同。而且，电子透镜形成部100F，使其第3开口部123的直径d3的值与电子透镜100E的第3开口部123的直径d3的值相同。因此，电子透镜形成部100F具有变形例2和变形例3的效果。

再者，变形例2、3、4的电子透镜形成部100D、100E、100F中，第2开口部121的直径d2的值大于第1开口部111的直径d1的值，但如电子透镜形成部100C那样，直径d2的值等于直径d1的值也可。

产业上的利用可能性

根据本发明的X射线发生器件，靶侧的磁极上形成的第2开口部的直径的值为电子束产生装置侧的磁极上形成的第1开口部的直径的值以上。因此，能使电子透镜的形成位置靠近靶侧，从而可减小X射线焦点直径。根据本发明，能使X射线发生器件成为高析像度。

Claims (7)

1.一种X射线发生器件，通过使电子束碰撞靶的一个面，从靶的另一个面发射X射线，其特征在于，具有

电子束产生装置、以及

包含位于所述电子束产生装置侧的一个磁极和位于所述靶侧的另一磁极，并用由这些磁极产生的磁场使电子束会聚的电子透镜形成装置；

所述一个磁极具有出射所述电子束产生装置产生的电子束的第1开口部，

所述另一磁极具有入射从所述第1开口部出射的电子束的第2开口部，

所述第2开口部直径的值大于等于所述第1开口部直径的值，

所述X射线发生器件具有使所述一个磁极与所述另一磁极的间隙距离保持恒定用的装置。

2.如权利要求1所述的X射线发生器件，其特征在于，所述另一磁极具有使入射到所述第2开口部的电子束往所述靶出射的第3开口部，

所述第3开口部直径的值小于所述第2开口部直径的值。

3.如权利要求2所述的X射线发生器件，其特征在于，所述第3开口部直径的值小于所述第1开口部直径的值。

4.如权利要求2所述的X射线发生器件，其特征在于，所述第3开口部直径的值大于所述第1开口部直径的值。

5.如权利要求2所述的X射线发生器件，其特征在于，所述第3开口部直径的值等于所述第1开口部直径的值。

6.如权利要求1～5中任一项权利要求所述的X射线发生器件，其特征在于，所述电子透镜形成装置的所述一个磁极包含具有贯通孔的强磁性体，

所述贯通孔成为将所述电子束产生装置产生的电子束引导到所述第1开口部用的通路，

所述贯通孔具有

位于所述靶侧并且具有第1直径的第1部分、以及

位于所述电子束产生装置侧并且具有直径的值大于所述第1部分的第2部分，

所述第1部分包含所述第1开口部。

7.如权利要求1～5中任一项权利要求所述的X射线发生器件，其特征在于，所述X射线发生器件具有单单将入射到所述电子透镜的电子束中通过所述电子透镜的中心附近的电子束引导到所述靶的装置。

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