DE10251635A1

DE10251635A1 - Röntgenröhre, insbesondere Mikrofokus-Röntgenröhre

Info

Publication number: DE10251635A1
Application number: DE10251635A
Authority: DE
Inventors: Udo Emil Dr. Frank
Original assignee: FEINFOCUS ROENTGEN SYSTEME GMB; Feinfocus Rontgen-Systeme GmbH
Current assignee: Comet GmbH
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-05-27
Also published as: US20040091081A1; US7050543B2; DK1418610T3; EP1418610B1; DE50301406D1; ATE307386T1; EP1418610A1

Abstract

Eine erfindungsgemäße Röntgenröhre (2), insbesondere Mikrofokus-Röntgenröhre, weist einen bei Betrieb der Röntgenröhre (2) einem zu untersuchenden Objekt zugewandten Kopf (6) auf, an dem oder in dem ein Target (8) angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Außenfläche des Kopfes (6) einen sich zu seinem freien Ende hin verjüngenden Querschnitt auf. Ein erfindungsgemäßes Target (8) weist eine Außenfläche auf, deren Querschnitt sich zu seinem bei Betrieb der Röntgenröhre einem zu untersuchenden Objekt zugewandten Ende hin verjüngt. Zweckmäßigerweise ist die sich verjüngende Außenfläche des Kopfes (6) bzw. die sich verjüngende Außenfläche des Targets (8) im wesentlichen konisch ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre, insbesondere Mikrofokus-Röntgenröhre der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Derartige Röntgenröhren sind allgemein bekannt und werden beispielsweise zum Prüfen von Leiterplatten in der Elektronikindustrie eingesetzt. Die bekannten Röntgenröhren weisen einen bei Betrieb der Röntgenröhre einem zu untersuchenden Objekt zugewandten Kopf auf, an dem oder in dem ein Target angeordnet ist, auf das hochenergetisch beschleunigte Elektronen auftreffen, so daß in allgemein bekannter Weise Röntgenstrahlung erzeugt wird. Die so erzeugte Röntgenstrahlung wird in bildgebenden Verfahren verwendet, um beispielsweise Bauteile bzw. Bauteilanordnungen auf Leiterplatten darzustellen und die Leiterplatten auf diese Weise optisch zu prüfen.
Es sind Mikrofokus-Röntgenröhren bekannt, deren bei Betrieb dem zu untersuchenden Objekt zugewandter Kopf einen Durchmesser von einigen cm aufweist. Zur Erzielung einer hohen Vergrößerung ist es erforderlich, den Fokus und damit den Kopf der Mikrofokus-Röntgenröhre nahe genug an das zu prüfende Bauteil heranzuführen. Dies ist nur dann möglich, wenn auf dem zu prüfenden Bauteil keine Erhebungen vorhanden sind, gegen die der Kopf vor dem Erreichen des erforderlichen Abstandes stößt. Die bekannten Röntgenröhren eignen sich somit vorwiegend zur Prüfung flacher Bauteile, während sie für eine Prüfung von Erhebungen aufweisenden Bauteilen, beispielsweise bestückten Leiterplatten, nur in eingeschränktem Maße geeignet sind.
Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bekannt, den Kopf der Röntgenröhre durch eine sogenannte Stabanode zu bilden, die durch ein zylindrisches Rohr mit einem Durchmesser von wenigen cm bis wenigen mm gebildet ist. Insbesondere dann, wenn die verwendete Stabanode einen Durchmesser von nur wenigen mm aufweist, ist es mit derartigen Röntgenröhren möglich, auch in enge Vertiefungen, Ausnehmungen oder Hohlräume eines zu prüfenden Bauteiles einzudringen.
Ein Nachteil derartiger Röntgenröhren besteht darin, daß die verwendeten Stabanoden wenig stabil und damit empfindlich gegen mechanische Beschädigung sind. Um eine mechanische Beschädigung der Stabanode durch Anstoßen an das zu prüfende Bauteil zu verhindern, ist es erforderlich, das Annähern der Stabanode an das zu prüfende Bauteil unter optischer Beobachtung durchzuführen, was einen hohen apparativen Aufwand erfordert und damit kostenaufwendig ist. Darüber hinaus erfordert eine optische Kontrolle des Heranführens der Stabanode an das zu prüfende Bauteil einen hohen Zeitaufwand und verursacht damit hohe Personalkosten.
Aus diesem Grunde ist es in der Praxis wünschenswert, Stabanoden größeren Durchmessers zu verwenden, die unempfindlicher gegen mechanische Beschädigungen sind.
Nachteilig ist jedoch, daß dann, wenn der Kopf mit seiner flachen Seite zur Erzielung einer Schrägdurchstrahlung eines zu prüfenden Bauteiles nicht parallel zu einer Oberfläche des Bauteiles, sondern geneigt zu dieser Oberfläche an das Bauteil herangeführt wird, die Gefahr besteht, daß aufgrund von an der Oberfläche vorhandenen Erhebungen der Kopf nicht nahe genug an eine zu prüfende Stelle des Bauteiles herangeführt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre, insbesondere Mikrofokus-Röntgenröhre, anzugeben, mit der eine Untersuchung auch zerklüfteter Bauteile möglich ist und die robust im Aufbau ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.

Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe auf überraschend einfache Weise dadurch, daß die Außenfläche des Kopfes einen sich zu seinem freien Ende hin verjüngenden Querschnitt aufweist. Auf diese Weise ist erreicht, daß der Kopf einerseits an seinem freien Ende geringe Abmessungen aufweist, was im Sinne einer Untersuchung von zerklüfteten Bauteilen von Vorteil ist, andererseits aber an seinem dem freien Ende abgewandten Ende, an dem der Kopf mit dem Grundkörper der Röntgenröhre verbunden ist, eine ausreichend große Basis aufweist, um den Kopf unempfindlich gegen mechanische Beschädigungen, beispielsweise beim Anstoßen an ein zu prüfendes Bauteil, zu machen. Die Verjüngung des Querschnitts der Außenfläche zu dem freien Ende des Kopfes hin ermöglicht es, den Kopf auch schräg zur Oberfläche eines Bauteiles an dieses heranzuführen, wobei soweit wie möglich verhindert ist, daß der Kopf mit von dem freien Ende entfernten Bereichen seiner Außenfläche an die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles anstößt. Damit ermöglicht es die erfindungsgemäße Lehre, den Kopf der Röntgenröhre auch bei einer Schrägdurchstrahlung des zu prüfenden Bauteiles sehr nahe an die zu prüfende Stelle des Bauteiles heranzuführen, so daß mit der erfindungsgemäßen Röntgenröhre sehr hohe Vergrößerungs faktoren erzielt werden können.

Erfindungsgemäß wird unter dem Kopf der Röntgenröhre das bei Betrieb der Röntgenröhre einem zu untersuchenden Bauteil zugewandte freie Ende der Röntgenröhre verstanden.

Die erfindungsgemäße Röntgenröhre ist robust im Aufbau und unempfindlich gegen mechanische Beschädigungen, beispielsweise beim Anstoßen an ein zu prüfendes Bauteil. Sie ist vielseitig einsetzbar und insbesondere zur Prüfung von Leiterplatten in der Elektronikindustrie geeignet.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Röntgenröhre besteht darin, daß sie einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Unter einer Mikrofokus-Röntgenröhre wird erfindungsgemäß eine Röntgenröhre verstanden, deren Fokusdurchmesser ≤ 200 μm, insbesondere ≤ 10 μm ist.

Die Verjüngung des Querschnitts der Außenfläche des Kopfes kann in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Kopf an seinem freien Ende nach Art eines spitz zulaufenden Satteldaches ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Außenfläche im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein besonders kostengünstiger Aufbau erzielt, da die Außenfläche des Kopfes beispielsweise durch ein einfaches Drehteil gebildet sein kann.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist die Außenfläche zweckmäßigerweise im wesentlichen konisch ausgebildet, wie dies eine Weiterbildung vorsieht. Auf diese Weise ist die Herstellung des Kopfes weiter vereinfacht.

Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Außenfläche des Kopfes in eine Spitze mündet. Diese Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als die Spitze auch in Ausnehmungen geringen Durchmessers an einem zu prüfenden Bauteil eingeführt werden kann, um in solchen Ausnehmungen Prüfungen vorzunehmen.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Außenfläche des Kopfes durch das Target gebildet ist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist die Außenfläche durch einen in Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung vor dem Target angeordneten Kollimator gebildet.

Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann die Außenfläche des Kopfes in Strahlungsrichtung auch wenigstens abschnittsweise durch eine Halterung für das Target gebildet sein.

Bei der Ausführungsform mit der im wesentlichen konischen Außenfläche beträgt der Öffnungswinkel der im wesentlichen konischen Außenfläche vorzugsweise weniger als 50°. Auf diese Weise kann der Kopf auch mit einer starken Neigung an die Oberfläche des zu prüfenden Bauteils herangeführt werden.

Gemäß einer anderen Weiterbildung weist der Kopf wenigstens zwei in Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung hintereinander angeordnete Bereiche mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln der konischen Außenfläche auf. Bei dieser Ausführungsform ist der Kopf in Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung aus Konen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln zusammengesetzt.

Zweckmäßigerweise ist das Target ein Transmissionstarget, wie dies eine andere Weiterbildung vorsieht.

Ein erfindungsgemäßes Target ist im Anspruch 11 angegeben. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Targets sind in den Unteransprüchen 12 bis 14 angegeben.

Im Anspruch 15 ist ein erfindungsgemäßer Kollimator für ein Target einer Röntgenröhre angegeben. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kollimators sind in den Unteransprüchen 16 bis 19 angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre dargestellt ist.
Es zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre,
2 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Target der Röntgenröhre gemäß 1,
3 in gleicher Darstellung wie 1, jedoch gegenüber 2 stark verkleinertem Maßstab das Target gemäß 2 mit einer Halterung für das Target,
4 in gleicher Darstellung wie 2, jedoch gegenüber 2 etwas verkleinertem Maßstab einen Kollimator für das Target gemäß 2 und
5 in gleicher Darstellung wie 3 den Kopf der Röntgenröhre gemäß 1.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Röntgenröhre 2 dargestellt, die an ihrem bei Betrieb der Röntgenröhre 2 einem zu prüfenden Bauteil, das in 1 durch eine strichpunktierte Linie 4 symbolisiert ist, zugewandten Ende einen Kopf 6 aufweist, in dem in weiter unten näher erläuterter Weise ein Target angeordnet ist. Die Röntgenröhre 2 weist ferner in der Zeichnung nicht näher erkennbare an einem Grundkörper 3 der Röntgenröhre 2 angeordnete Mittel zum Beschleunigen von Elektronen und zum Richten der Elektronen auf das Target auf. Der Aufbau der Röntgenröhre 2 ist insoweit dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Target 8 dargestellt, das bei diesem Ausführungsbeispiel aus Metall besteht und eine Außenfläche 10 aufweist, deren Querschnitt sich erfindungsgemäß zu dem freien Ende des Targets 8 hin verjüngt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Außenfläche im wesentlichen rotationssymmetrisch und konisch ausgebildet und mündet in eine Spitze 12. Die konische Außenfläche 10 des Targets 8 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Öffnungswinkel α von etwa 45° auf, der jedoch entsprechend den jeweiligen Anforderungen in weiten Grenzen wählbar ist. Das Target 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel hohl ausgebildet und weist an seiner radialen Innenfläche 14 eine dünne Beschichtung 16 aus Wolfram auf, die bei Betrieb der Röntgenröhre 2 mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt wird, wodurch Röntgenstrahlung freigesetzt wird.
In 3 ist eine Halterung 18 dargestellt, mittels derer das Target 8 mit dem Grundkörper 3 der Röntgenröhre 2 verbindbar ist. Die Halterung 18 weist eine sich zu dem Target 8 konisch verjüngende Außenfläche auf. Das Target 8 ist mit der Halterung 18 verbunden, und zur Verbindung der Halterung 18 mit dem Grundkörper 3 sind in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel vor gesehen. Die Halterung 18 weist eine durchgehende zentrische Ausnehmung 22 auf, durch die hindurch bei Betrieb der Röntgenröhre 2 Elektronen auf die radiale Innenfläche des Targets 8 auftreffen.
In 4 ist ein erfindungsgemäßer Kollimator 24 dargestellt, der bei Betrieb der Röntgenröhre 2 in Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung vor dem Target 8 angeordnet ist und die Röntgenstrahlung räumlich begrenzt. Hierzu weist der Kollimator 24 eine durchgehende zentrische Ausnehmung 26 auf, durch die der Röntgenstrahl räumlich begrenzt austritt. Die Halterung 24 weist eine sich zu ihrem freien Ende hin konisch verjüngende Außenfläche 28 auf, während ihre radiale Innenfläche 30 zu der radialen Außenfläche 10 des Targets 8 im wesentlichen komplementär ausgebildet ist, derart, daß der Kollimator 24 im wesentlichen formschlüssig auf das Target 8 aufsetzbar ist.
5 zeigt den Kopf 6 der Röntgenröhre 2 im Montagezustand, in dem das Target 8 auf die Halterung 18 und der Kollimator 24 auf das Target aufgesetzt ist. Der Kollimator 24 ist mit der Halterung 18 fest verbunden, so daß das Target 8 fest an der Halterung 18 gehalten ist. Die durch das Target 8 und die Halterung 18 gebildete Einheit kann lösbar mit dem Grundkörper 3 der Röntgenröhre 2 verbunden werden, so daß sie im Bedarfsfalle leicht ausgetauscht werden kann.
Bei Betrieb der Röntgenröhre 2 treten beschleunigte Elektronen durch die Ausnehmung 22 hindurch und treffen auf die Beschichtung 16 des Targets 8 auf, wodurch Röntgenstrahlung entsteht, die durch die Ausnehmung 26 in dem Kollimator 24 aus dem Kopf 6 der Röntgenröhre austritt. Das frei Ende des Kollimators 24 bildet eine Spitze 32 des Kopfes 6.
Wie in 1 dargestellt, kann der Kopf 6 auf grund seines sich zu seinem freien Ende hin verjüngenden Querschnittes geneigt an die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles 4 herangeführt werden, ohne daß der Kopf 6 an die Oberfläche des Bauteiles 4 anstößt, bevor ein zur Erzielung einer Abbildung mit hoher Vergrößerung erforderlicher geringer Abstand des Kopfes 6 von der Oberfläche des Bauteiles 4 erreicht ist. Zur Verdeutlichung dessen ist in 1 durch eine gestrichelte Line 34 ein Kopf einer herkömmlichen Röntgenröhre dargestellt. Es ist erkennbar, daß der Kopf einer solchen herkömmlichen Röntgenröhre bei einem geneigten Heranführen des Kopfes 6 an die Oberfläche des Bauteiles 4 an diese Oberfläche anstoßen würde, bevor der mit der erfindungsgemäßen Röntgenröhre 2 erreichbare und zur Erzielung einer Abbildung mit hoher Vergrößerung erforderliche geringe Abstand des Kopfes von der Oberfläche des Bauteiles 4 erreicht ist.
Die erfindungsgemäße Röntgenröhre 2 ermöglicht somit ein geneigtes Heranführen des Kopfes 6 bis zu einem äußerst geringen Abstand. Dadurch, daß der Kopf 6 an seinem dem freien Ende abgewandten Ende einen wesentlich größeren Durchmesser als an dem freien Ende hat, weist die erfindungsgemäße Röntgenröhre 2 einen besonders stabilen Aufbau auf. Es besteht daher nicht die Gefahr, daß der Kopf 6 beim Anstoßen an Erhebungen des zu prüfenden Bauteiles 4 beschädigt wird, wie dies bei aus dem Stand der Technik bekannten, als Stabanode geringen Durchmessers ausgebildeten Köpfen der Fall ist.
Die erfindungsgemäße Röntgenröhre ist einfach und kostengünstig herstellbar.
Die Verwendung des Kollimators 24 ist vorteilhaft, jedoch nicht zwingend. Wird der Kollimator 24 weggelassen, so bildet bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel die konische Außenfläche des erfindungsgemäßen Targets 8 eine konische Außenfläche des Kopfes 6.

Claims

Röntgenröhre, insbesondere Mikrofokus-Röntgenröhre, mit einem bei Betrieb der Röntgenröhre einem zu untersuchenden Objekt zugewandten Kopf, an dem oder in dem ein Target angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Kopfes (6) einen sich zu seinem freien Ende hin verjüngenden Querschnitt aufweist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Kopfes (6) im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Kopfes (6) im wesentlichen konisch ausgebildet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Kopfes (6) in einer Spitze (32) mündet.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Kopfes (6) wenigstens teilweise durch das Target (8) gebildet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Kopfes (6) wenigstens teilweise durch einen in Strahlungsrichtung vor dem Target (8) angeordneten Kollimator (24) gebildet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Kopfes (6) in Strahlungsrichtung wenigstens abschnittsweise durch eine Halterung (18) für das Target (8) gebildet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (α) der im wesentlichen konischen Außenfläche weniger als 50° beträgt.
Röntgenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (6) wenigstens zwei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Bereiche mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln der konischen Außenfläche aufweist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (8) ein Transmissionstarget ist.
Target für eine Röntgenröhre, insbesondere eine Mikrofocus-Röntgenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Targets (8) einen sich zu seinem bei Betrieb der Röntgenröhre (2) einem zu untersuchenden Objekt zugewandten Ende hin verjüngenden Querschnitt aufweist.
Target nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Targets (8) im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Target nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Targets (8) im wesentlichen konisch ausgebildet ist.
Target nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Targets (8) in eine Spitze (12) mündet.
Kollimator für ein Target einer Röntgenröhre, mit einem Grundkörper, dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenfläche des Grundkörpers einen sich zu seinem bei Betrieb der Röntgenröhre einem zu untersuchenden Objekt zugewandten Ende hin verjüngenden Querschnitt aufweist.
Kollimator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Target nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche im wesentlichen konisch ausgebildet ist.
Target nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche in eine Spitze mündet.
Kollimator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß der Kollimator (24) eine sich in Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung erstreckende durchgehende Ausnehmung (26) aufweist.