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Die
Erfindung betrifft eine Mikrofocus-Röntgenröhre der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 genannten Art.
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Derartige
Röntgenröhren sind
allgemein bekannt und werden beispielsweise zum Prüfen von Leiterplatten
in der Elektronikindustrie eingesetzt. Die bekannten Röntgenröhren weisen
ein Target auf, auf das bei Betrieb der Röntgenröhre hochenergetisch beschleunigte
Elektronen oder andere elektrisch geladene Teilchen auftreffen,
so daß in
allgemein bekannter Weise Röntgenstrahlung
erzeugt wird. Die so erzeugte Röntgenstrahlung
wird im bildgebenden Verfahren verwendet, um beispielsweise Bauteile
bzw. Bauteilanordnungen auf Leiterplatten darzustellen und die Leiterplatten
auf diese Weise optisch zu prüfen.
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Es
sind Mikrofocus-Röntgenröhren der
betreffenden Art bekannt, die Mittel zum Richten eines Elektronenstrahles
auf ein Target aufweisen. Um Bildfehler durch Aberration zu vermeiden,
ist es erforderlich, den Durchmesser des Elektronenstrahles so klein
zu halten, daß die
Bildfehler nicht zu einer Aufweitung des Querschnitts des Brennflecks
der Mikrofocus-Röntgenröhre führen. Zu
diesem Zweck ist in den bekannten Mikrofocus-Röntgenröhren im Ausbreitungsweg des
Elektronenstrahles eine Blende mit einem Blendenkörper zur
Begrenzung des Querschnittes des Elektronenstrahles angeordnet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrofocus-Röntgenröhre anzugeben,
bei deren Verwendung im bildgebenden Verfahren die Bildqualität verbessert
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.
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Der
Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, daß die Bildqualität bei Mikrofocus-Röntgenröhren der
betreffenden Art dadurch beeinträchtigt
ist, daß sich
in dem erzeugten Röntgenbild
oftmals eine störende
helle Kreisscheibe zeigt. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung
die Erkenntnis zugrunde, daß die
in dem Röntgenbild
erscheinende Kreisscheibe durch Röntgen-Streustrahlung verursacht wird,
die beim Auftreffen von Elektronen auf den Blendenkörper entsteht.
Da der Blendenkörper
hochtemperaturbeständig
sein muß und
daher insbesondere aus Metall besteht, entsteht beim Auftreffen
der Elektronen auf den Blendenkörper
kurzwellige Röntgenstrahlung,
die das Target durchdringt und bei Anwendung höherer Energien der Elektronen
eine Abbildung des Blendenloches auf den Bildempfänger wirft.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die an der Blende
generierte kurzwellige Röntgen-Streustrahlung
so weit zu reduzieren, daß sie
das Target nicht mehr durchdringt, so daß eine das aufgenommene Bild
störende
Abbildung der Blende nicht mehr entsteht. Hierzu sieht die erfindungsgemäße Lehre
vor, daß der
Blendenkörper aus
einem ersten Material besteht und an seinen dem Elektronenstrahl
ausgesetzten Flächen
wenigstens abschnittsweise mit wenigstens einer Schicht eines zweiten
Materiales versehen ist, dessen Ordnungszahl niedriger als die Ordnungszahl
des ersten Materiales ist. Erfindungsgemäß werden auf den Blendenkörper auftreffende
Elektronen überwiegend oder
zumindest teilweise in der aus dem zweiten Material bestehenden
Schicht abgebremst, wobei Röntgenstrahlung
entsteht. Diese Röntgenstrahlung
hat jedoch eine größere Wellenlänge als
diejenige Röntgenstrahlung,
die bei einem Abbremsen der Elektronen in dem aus dem ersten Material
bestehenden Blendenkörper
entstehen würde.
Aufgrund ihrer größeren Wellenlänge und
geringeren Reichweite kann die so erzeugte Röntgen-Streustrahlung das Target nicht
mehr durchdringen, so daß eine
durch die Röntgen-Streustrahlung hervorgerufene
störende
Abbildung der Blende vermieden ist.
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Auf
diese Weise ist bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Mikrofocus-Röntgenröhre, die nachfolgend
kurz als Röntgenröhre bezeichnet
wird, in bildgebenden Verfahren erzielbare Bildqualität im Vergleich
zu bekannten Röntgenröhren mit
einem verhältnismäßig geringen
Aufwand wesentlich verbessert.
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Damit
ist die erfindungsgemäße Röntgenröhre besonders
zur Untersuchung feiner und feinster Strukturen, beispielsweise
von Bauteilen oder Bauteilanordnungen auf elektronischen Leiterplatten, geeignet.
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Unter
einer Mikrofocus-Röntgenröhre wird erfindungsgemäß eine Röntgenröhre verstanden, deren
Fokusdurchmesser ≤ 200 μm, insbesondere ≤ 10 μm ist. Damit
werden unter Mikrofocus-Röntgenröhren im
Sinne der Erfindung auch sogenannte Nanofocus-Röntgenröhren verstanden.
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In
einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre kann
Röntgenstrahlung
auch dadurch erzeugt werden, daß anstelle
von Elektronen andere elektrisch geladene Teilchen auf das Target
auftreffen.
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Unter
einer Ordnungszahl eines Materiales wird erfindungsgemäß seine
Ordnungszahl im Periodensystem der Elemente verstanden.
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Die
Dicke der aus dem zweiten Material bestehenden Schicht ist entsprechend
den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar. Da
das zweite Material in der Regel eine wesentlich geringere Temperaturbeständigkeit
als das erste Material aufweist, ist es wünschenswert, die Schichtdicke
der aus dem zweiten Material bestehenden Schicht möglichst
gering zu wählen.
Gleichzeitig sollte die Dicke der Schicht so bemessen sein, daß auf die
Blende auftreffende Elektronen überwiegend oder
idealerweise ausschließlich
in der aus dem zweiten Material bestehenden Schicht abgebremst werden.
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Grundsätzlich ist
es erfindungsgemäß möglich, daß der Blendenkörper ausschließlich aus
dem ersten Material besteht. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen
kann der Blendenkörper
jedoch auch aus mehreren hochtemperaturbeständigen Materialien bestehen.
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Ferner
ist es erfindungsgemäß möglich, daß die Schicht,
mit der der Blendenkörper
versehen ist, ausschließlich
aus dem zweiten Material besteht. Erfindungsgemäß können jedoch auch mehrere Schichten
insbesondere unterschiedlicher Materialien auf den Blendenkörper aufgebracht
sein.
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Das
erste Material, aus dem der Blendenkörper besteht, ist entsprechend
den jeweiligen Anforderungen, insbesondere im Hinblick auf eine
hohe Temperaturbeständigkeit,
innerhalb weiter Grenzen wählbar.
Eine zweckmäßige Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß das
erste Material ein Metall ist.
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Auch
das zweite Material, aus dem die Schicht besteht, mit dem der Blendenkörper versehen
ist, ist entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter
Grenzen wählbar.
Entsprechend der Funktion der aus dem zweiten Material bestehenden
Schicht weist das zweite Material eine niedrige Ordnungszahl und
in Bezug auf Elektronen eine hohe Absorptionsfähigkeit auf. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß das
zweite Material Aluminium und/oder Beryllium und/oder Silizium und/oder
Kohlenstoff und/oder Bor und/oder eine chemische Verbindung eines
dieser Elemente ist. Sämtliche
der vorgenannten Materialien sind zum Bilden der zweiten Schicht gut
geeignet, da sie eine niedrige Ordnungszahl und in Bezug auf Elektronen
eine hohe Absorptionsfähigkeit
aufweisen. Die beim Abbremsen von Elektronen in diesen Materialien
erzeugte Röntgenstrahlung weist
eine relativ große
Wellenlänge
und geringe Reichweite auf, so daß es das Target der erfindungsgemäßen Röntgenröhre nicht
mehr durchdringen kann. Besteht die Schicht des zweiten Materiales
aus Kohlenstoff, so kann beispielsweise und insbesondere CVD-Diamant
verwendet werden.
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Eine
Verbindung der aus dem zweiten Material bestehen Schicht mit dem
Blendenkörper
kann auf vielfältige
Weise erzielt werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht insofern vor, daß die
aus dem zweiten Material bestehende Schicht einstückig mit
dem Blendenkörper
der Blende ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die Schicht mit
dem Blendenkörper
fest verbunden, so daß die
Handhabung der Blende bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre erleichtert ist.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Schicht mittels
eines Beschichtungsverfahrens auf den Blendenkörper aufgebracht ist. Die Schichtdicke
der aus dem zweiten Material bestehenden Schicht ist entsprechend
den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der erfin dungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß die
aus dem zweiten Material bestehende Schicht an einem separaten,
mit dem Blendenkörper
verbundenen Bauteil gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform
kann die Schicht durch Lösen
des Bauteiles von dem Blendenkörper
in einfacher Weise ausgetauscht werden, beispielsweise bei einem
Verschleiß.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß das separate
Bauteil folienartig ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist der
Blendenkörper
an seinen dem Elektronenstrahl ausgesetzten Flächen wenigstens abschnittsweise
mit der aus dem zweiten Material bestehenden Schicht versehen. Um
die Erzeugung von kurzwelliger Röntgen-Strahlung
zu verhindern, ist es wünschenswert,
sämtliche
dem Elektronenstrahl ausgesetzten Flächen mit der aus dem zweiten
Material bestehenden Schicht zu versehen. Eine vorteilhafte Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Lehre
sieht insoweit vor, daß die
aus dem zweiten Material bestehende Schicht an sich im wesentlichen
parallel zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahles erstreckenden
Flächen
des Blendenkörpers
vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform
ist die Schicht insbesondere an den Wandungen des Blendenloches
der Blende vorgesehen.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß die
aus dem zweiten Material bestehende Schicht an den sich im wesentlichen
quer zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahles erstreckenden
Flächen
des Blendenkörpers
vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform
ist die Schicht an denjenigen Flächen
des Blendenkörpers
vorgesehen, auf die die Elektronen im wesentlichen senkrecht auftreffen.
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Das
Target der erfindungsgemäßen Röntenröhre kann
grundsätzlich
als Direktstrahltarget ausgebildet sein.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht jedoch vor,
daß das
Target als Transmissionstarget ausgebildet ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten, stark schematisierten
Zeichnung näher erläutert, in
der ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre dargestellt
ist. Dabei bilden alle beanspruchten, beschriebenen und in der Zeichnung
dargestellten Merkmale für
sich genommen oder in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand
der Erfindung, unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen sowie unabhängig von
ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Targets und einer Blende einer
Röntgenröhre gemäß dem Stand
der Technik und
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2 in
gleicher Darstellung wie 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre.
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In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Schnittansicht durch eine Röntgenröhre gemäß dem Stand
der Technik im Bereich eines Targets 2. Bei Betrieb der
Röntgenröhre treffen
hochenergetisch beschleunigte Elektronen oder andere elektrisch
geladene Teilchen auf das Target 2 auf und werden abgebremst,
wobei Röntgenstrahlung
erzeugt wird, die beispielsweise in bildgebenden Verfahren verwendet
werden kann. Um Bildfehler durch Aberration zu vermeiden, ist es
erforderlich, den Durchmesser des Elektro nenstrahles so klein zu
halten, daß die
Bildfehler nicht zu einer Aufweitung des Brennflecks der Röntgenröhre führen. Hierzu
ist im Ausbreitungsweg des Elektronenstrahles eine als Lochblende
ausgebildete Blende 4 angeordnet, deren Blendenkörper 6 aus
einem hochtemperaturbeständigen
Metall besteht. Die Blende 4 weist ein Blendenloch 8 auf,
durch das der Durchmesser 10 des auf die Blende 4 auftreffenden
Elektronenstrahles auf einen Durchmesser 12 verringert wird,
mit dem der Elektronenstrahl auf das Target 2 auftrifft.
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Elektronen,
die weder ungehindert durch das Blendenloch hindurchtreten noch
auf die dem Elektronenstrahl zugewandten Flächen 14, 16 der
Blende 4 auftreffen, treffen auf die Innenwandung 18 des Blendenloches 8 auf
und werden an dieser abgebremst, wie dies in 1 bei dem
Bezugszeichen 20 angedeutet ist. Beim Abbremsen der Elektronen
an der Innenwandung 18 entsteht bei entsprechender Energie
der Elektronen Röntgen-Streustrahlung 22, die
relativ kurzwellig ist und das Target durchdringt, wie in 1 bei
dem Bezugszeichen 24 dargestellt. Der das Target 2 durchdringende
Anteil der Röntgen-Streustrahlung
führt dazu,
daß auf
einem in dem bildgebenden Verfahren verwendeten Bildempfänger eine
Abbildung des Blendenloches 8 entsteht, die sich in dem
mittels der Röntgenstrahlung
erzeugten Bild als störende
helle Kreisscheibe zeigt.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Mikrofocus-Röntgenröhre dargestellt,
die in Übereinstimmung
mit der in 1 dargestellten Röntgenröhre gemäß dem Stand
der Technik ein Target 2 und eine Blende 4 aufweist,
die zunächst so
ausgebildet ist, wie dies anhand von 1 beschrieben
worden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Blendenloch 8 der
Blende 4 im wesentlichen kreisförmig be grenzt.
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Der
Blendenkörper 6 der
Blende 4 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem ersten Material,
das durch ein hochtemperaturbeständiges Metall
gebildet ist.
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Das
Target 2 und die Blende 4 sind zusammen mit weiteren
Baugruppen der Röntgenröhre, insbesondere
Mitteln zum Richten eines Elektronenstrahles auf das Target, in
einem bei Betrieb der Röntgenröhre evakuierbaren
Gehäuse
aufgenommen. Da der Aufbau einer Röntgenröhre dem Fachmann allgemein
bekannt ist, sind diese Bauteile bzw. Baugruppen in der Zeichnung
nicht dargestellt.
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Erfindungsgemäß sind die
bei Betrieb der Röntgenröhre dem
Elektronenstrahl ausgesetzten Flächen,
nämlich
die Wandung 18 des Blendenloches 8 und die dem
Elektronenstrahl zugewandten Flächen 14 des
Blendenkörpers 6,
wenigstens abschnittsweise, bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
vollständig,
mit einer Schicht aus einem zweiten Material versehen, dessen Ordnungszahl
niedriger als die Ordnungszahl des ersten Materiales ist. Bei dem
in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite
Material Beryllium, das mittels eines geeigneten Beschichtungsverfahrens auf
den Blendenkörper
aufgebracht ist, so daß es denjenigen
Bereich der Oberfläche
des Blendenkörpers 6 vollständig bedeckt,
auf den bei Betrieb der Röntgenröhre Elektronen
auftreffen können.
Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann es erfindungsgemäß jedoch
ausreichend sein, nur einen Teil dieser Flächen mit der aus dem zweiten
Material bestehenden Schicht zu versehen, beispielsweise die Wandung 18 des
Blendenloches 8.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ist
wie folgt:
Bei Betrieb der Röntgenröhre wird auf das Target 2 ein
Elektronenstrahl gerichtet, dessen Durchmesser 10 größer ist
als der Durchmesser des Blendenloches 8, so daß der Elektronenstrahl
mit einem reduzierten Durchmesser 12 auf das Target 2 auftrifft. Beim
Auftreffen der Elektronen auf das Target 2 entsteht in
der gewünschten
Weise Röntgenstrahlung, die
beispielsweise in einem bildgebenden Verfahren verwendet werden
kann. Elektronen, die nicht durch das Blendenloch 8 ungehindert
auf das Target 2 auftreffen, treffen entweder auf die Wandung 18 des Blendenloches 8 oder
die dem Elektronenstrahl zugewandten Flächen 14 des Blendenkörpers auf,
die mit der Schicht 26 aus Beryllium versehen sind. Beim Auftreffen
auf die Schicht 26 werden die Elektronen abgebremst, wobei
Röntgen-Streustrahlung
entsteht. Die so erzeugte Röntgen-Streustrahlung
hat gegenüber
Röntgen-Streustrahlung,
die beim Auftreffen von Elektronen auf den aus Metall bestehenden
Blendenkörper 6 erzeugt
würde,
eine größere Wellenlänge und
damit eine geringere Energie und Reichweite. Die so erzeugte Röntgen-Streustrahlung
trifft auf das Target 2 auf, wie in 2 bei dem
Bezugszeichen 28 angedeutet. Sie durchdringt das Target 2 jedoch
aufgrund ihrer relativ geringen Energie nicht, so daß die Bildqualität eines
mittels der erfindungsgemäßen Röntgenröhre erzeugten
Röntgenbildes
wesentlich verbessert und insbesondere nicht durch störende Abbildungen
der Blende 4 beeinträchtigt
ist.
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Beim
Auftreffen der Elektronen auf die Schicht 26 der Blende 4 entstehende
Wärme wird über den
Blendenkörper 6 abgeleitet.
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Aufgrund
der erfindungsgemäß vorgesehenen
Schicht 26 liegt also die bei Verwendung der Blende 4 zwangsläufig entstehende
Röntgen-Streustrahlung
im relativ langwelligen Bereich und ist damit nicht in der Lage,
das Target 2 zu durchdringen. Soweit Elektronen nicht in
der Schicht 26 abgebremst werden, sondern durch die Schicht 26 hindurch
in den Blendenkörper 6 eindringen
und in diesem abgebremst werden, entsteht zwar weiterhin Röntgen-Streustrahlung
in einem relativ kurzwelligen Bereich. Der Anteil an kurzwelliger
Röntgen-Streustrahlung ist
jedoch aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre so gering, daß sie die
Bildqualität
nicht oder in nicht nennenswertem Maße beeinträchtigt.
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Die
erfindungsgemäße Lehre
ermöglicht
somit mit geringem Aufwand eine deutliche Verbesserung der Bildqualität einer
erfindungsgemäßen Mikrofocus-Röntgenröhre in bildgebenden
Verfahren.