EP0187258B1

EP0187258B1 - Röntgenbildverstärker

Info

Publication number: EP0187258B1
Application number: EP85115256A
Authority: EP
Inventors: Hermann Christgau; Norbert Dr. Mika; Heinz Röhrich; Günther Scholz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1985-12-02
Publication date: 1989-04-26
Also published as: US4717860A; EP0187258A1; JPS61140039A; DE3569850D1

Description

Die Erfindung betrifft Röntgenbildverstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Derartige Röntgenbildverstärker sind aus der US-PS 34 58 744 bekannt.
Bei elektronischen Bildverstärkern der in vorgenannter Patentschrift genannten Art werden bekanntlich Röntgenbilder in Elektronenbilder umgewandelt, die dann einer Beschleunigungsspannung ausgesetzt und gegebenenfalls elektronenoptisch verkleinert auf einem Ausgangsschirm abgebildet werden. Bei in der Regel einstufig ausgebildeten Röntgenbildverstärkern, bei denen das Elektronenbild verkleinert wiedergegeben wird, ist das auf dem Ausgangsschirm erscheinende Bild auch dasjenige, das betrachtet wird. Dies setzt aber voraus, daß der Ausgangsschirm durch die Wand des Kolbens des Bildverstärkers hindurch gesehen werden kann. Man hat deshalb den Kolben wenigstens an dieser Stelle aus durchsichtigem Material, insbesondere Glas, gefertigt.
Um eine zweckmäßig handhabbare konstruktive Lösung zu erhalten, hat man das in den Kolben eingesetzte Fenster gleichzeitig zum Träger des Ausgangsleuchtschirmes gemacht. Da bei der bekannten konstruktiven Lösung das Ausgangsfenster durch Anschmelzen in einen Metallrahmen gefaßt-wird, kann erst nach dieser Tätigkeit der Leuchtschirm aufgebracht werden. Dies ist aber nachteilig, weif bei der Beschichtung mit der Leuchtschicht die Ausbeute später brauchbarer Schirme gering ist, so daß die präzis durchzuführende Verbindung der Glasscheibe mit dem Rahmen in sehr vielen Fällen an Scheiben gemacht werden muß, die später nur zu unbrauchbaren Schirmen führen.
In der US-A-3 173 201 ist ein Verfahren zum Verbinden von Glas mit Metall beschrieben. Damit das Glas mit dem Metall verlötet werden kann, werden an den für die Lötung vorgesehenen Stellen Metallschichten durch Aufdampfen aufgetragen. Eine Aussage über das verwendete Lötmaterial ist hierbei nicht betroffen. Auch betrifft das Verfahren keine vakuumdichte Verbindung einer mit einem Leuchtstoff beschichteten Scheibe mit einer Metallröhre.
In der GB-PS 1 482 696 ist ein Verfahren zum Druckschweißen einer Dichtung einer Glasfrontplatte mit einem Metallkonus einer elektronischen Anzeigeröhre beschrieben, bei der eine Verbindung des Glases mit dem Metall durch ein schmiegsame Metallschicht erfolgt, die unter hohem Druck bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes die beiden Werkstoffe miteinander verbindet. Als Materialien kommen entweder eine Blei-Silber-Zinn- oder eine Blei-Indium-Legierung in Betracht. Als nachteilig hierbei zeigt sich das aufwendige Herstellungsverfahren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenbildverstärker der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem als Ausgangsfenster der fertige Ausgangsschirm in einen Metallrahmen gefaßt und in die Wand des Vakuumkolbens eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Bildverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Durch die Verwendung eines Weichlotes zur Einlötung der Fensterscheibe in einen Metallrahmen, der mittels eines Flansches in die Fensteröffnung des Vakuumkolbens eines Bildverstärkers einsetzbar ist, d. h. eines Lotes, dessen Schmelztemperatur zwischen 250 und 400°C liegt, wird einerseits bei möglichst tiefer Temperatur eine andererseits das Ausheizen des Bildverstärkers aushaltende Lötung erhalten. Zur Schonung des Leuchtschirms wird sie zweckmäßigerweise in einem inerten Medium vorgenommen, indem man etwa in einer Wasserstoffatmosphäre oder in einem anderen Schutzgas bzw. im Vakuum lötet. Dabei wird die beim späteren Betrieb des Bildverstärkers erzielbare Lichtausbeute der Leuchtschicht noch nicht beeinträchtigt.
Für den Metallrahmen sind bei den Herstellungs- und Betriebsbedingungen beständige Metalle geeignet, die mit dem Material des Ausgangsfensters ebenso wie mit demjenigen des Röhrenkolbens dicht verbindbar sind. Zum Einsatz in gläserne Kolben haben sich solche bewährt, die als Hauptbestandteile Nickel (Ni), Eisen (Fe) bzw. Ni, Chrom (Cr), Fe bzw. Ni, Kobald (Co), Fe oder Ni, Co, Cr, Fe enthalten. Es sind Eisenlegierungen, die zwischen 20 und 60 % Ni enthalten und/oder 10 bis 30 % Co und/oder 1 bis 10 % Cr.
Zum Löten haben sich Lote bewährt, die auf der Basis von Blei (Pb) aufgebaut sind. Diese Lote haben gegenüber anderen den Vorteil, daß ihre Verarbeitungstemperatur, also auch ihre Wiedererweichung, deutlich über der Temperatur liegt, die für das Entgasungsheizen der Bildverstärkerröhre im Zuge der Herstellung notwendig ist. Sie liegt jedoch noch unter einer für die Leuchtfähigkeit des Leuchtpigments schädlichen Temperatur.
Neben Blei haben sich Legierungen bewährt, bei denen Blei mit Silber (Ag), Zinn (Sn) oder Indium (In) legiert ist. Die Zusätze werden etwa in Mengen, die von 0,1 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent betragen, dem Blei zugefügt, um einerseits mit geringen Mengen schon eine Wirkung des Zusatzes zu erreichen und andererseits bei hohen beigefügten Mengen nicht eine erhöhte Schmelztemperatur und eine Bildung von die Lötung erschwerenden materiellen Inhomogenitäten hinnehmen zu müssen. Als günstig hat sich eine Legierung aus Blei und 2,5 Gewichtsprozent Silber erwiesen.
Die Benetzung und Haftung des Lots an zu verbindenden Teilen kann durch Anpassung ihrer Oberflächen, etwa durch einfache Beschichtung bzw. Belegung mit einem System von Schichten aus aufeinander abgestimmten Materialien gefördert werden. Eine einfache Haftschicht bzw. die erste Schicht einer geeigneten Schichtenfolge solle für Glas aus einem Stoff bestehen, der große Affinität zu Sauerstoff besitzt, da die Verbindung zur Glasoberfläche über Metalloxid zustandekommt. Sowohl das Metall der Beschichtung als auch das an der Grenze gebildete Oxid müssen für die erwünschte Befestigung ausreichende Zugfestigkeit besitzen.
Die zweite Schicht ist Schutzschicht für die erste Schicht und kann auch Lötschicht sein. Die zweite Schicht muß den Lotfluß stoppen, und zwar so, daß sie sich nicht von der ersten löst.
Die dritte Schicht schützt die beiden ersten vor Oxidation und kann auch Lötschicht sein.
Geeignete Materialien sind für die

1. Schicht : Titan (Ti), Niob (Nb), Tantal (Ta), NiCr, Cr, Fe,
2. Schicht : Ni, Gold (Au), Platin (Pt), Molybdän (Mo), Fe und für die
3. Schicht : Au, Silber (Ag), Ni, Kupfer (Cu), Pt, Palladium (Pd).

Geeignete Systeme aufeinander abgestimmter Schichten können z. B. für die Anlötung einer Glasscheibe aus Schichtfolgen bestehen, bei denen auf das Glas zuerst Chrom in einer Dicke von 30 bis 300 nm aufgedampft ist. Beim Hochvakuumniederschlagen dieser Schicht ist davon auszugehen, daß das metallische Chrom in der Dampfphase und auf der Glasoberfläche mit Sauerstoff reagiert bzw. mit dünnen Oxidbelägen. Die eigentliche Haftung entsteht also über eine sehr dünne, in ihrer .Zusammensetzung nicht näher definierbare Chromoxidschicht. Auf diese erste Schicht kann dann als zweite eine Schicht aus Nickel und anschließend als dritte eine solche aus Silber folgen, deren Dicken derjenigen aus Chrom entsprechen.
Die Chromschicht kann aber auch mit Eisen beschichtet sein, das mit Nickel belegt wird und auf das dann eine Nickel-Sickel-Legierung folgt, oder es wird eine Eisen-Chrom-Nickel-Legierung oder eine Chrom-Nickel-Legierung aufgedampft. Bei der Schichtung ist lediglich darauf zu achten, daß die glasnächsten Schichten in der Reihenfolge Chromoxid-Chrom aufgebaut sind eine Schicht von mindestens 30 nm Dicke aus reinem Chrom besteht, da dieses keine festen Lösungen mit Blei bildet, und daß die oberste Schicht aus Nickel respektive Ag besteht, da in diesen gute Löslichkeit von Blei und daher gute Bindungsfähigkeit mit dem Lot vorliegt. Schließlich kann die gesamte, die Haftung verbessernde Schichtung mit Gold abgedeckt werden. Diese bewirkt bei ausreichender Dichtigkeit, die bei Dicken von etwa 400 nm erreichbar ist, daß eine Oxidation der obersten Schicht, d. h. etwa die Bildung von Nickel- oder Silberoxid, vermieden wird.
Auch der metallene Rahmen kann an seinen zu verlötenden Flächen mit den obengenannten Haftschichten bzw. Schichtung versehen sein. Insbesondere bei Verwendung von Niromed 44 oder Vacon 20 bzw. Vacon 70 als Rahmenmaterial wird so auch an diesem Teil gute Haftung des Lotes erreicht. Die eigentliche Lötung erfolgt vorzugsweise im Hochvakuum mit Schichtdicken von 100 bis 300 nm je Einzelschicht. Gelötet wird bei Temperaturen um 350° C und statt des Hochvakuums kann auch eine Schutzgasatmosphäre benutzt werden, etwa eine solche aus Wasserstoff.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

In der Figur 1 ist der Querschnitt durch einen schematisch dargestellten einstufigen Vakuumröntgenbildverstärker gezeichnet,
in der Figur 2 eine Ausschnitt aus der Verbindung des Ausgangsfensters mit dem elektronischen Vakuumkolben des Bildverstärkers und
in den Figuren 3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen von Haftschichten am Ausgangsfenster.

In der Figur 1 ist mit 1 der Vakuumkolben eines Röntgenbildverstärkers bezeichnet. Dieser Kolben 1 besteht aus einer Kathodenkappe 2, welche eine Öffnung eines ein Rohr abgestuften Durchmessers darstellenden Keramikkörpers 3 abschließt, dessen andere, gegenüber der ersten kleineren Durchmesser aufweisende Öffnung durch einen Anodenansatz 4 abgeschlossen ist. Im Inneren des Kolbens 1 befindet sich der an sich bekannte Aufbau eines elektronischen Bildverstärkers, d. h. an der Innenwand der Kappe 2 gegenüber dem Ansatz 4 liegt eine Leuchtschicht 5, die mit einer Fotokathodenschicht 6 bedeckt ist. Dann folgen elektronenoptische Elektroden 7 und 8, die am Keramikkörper 3 befestigt sind, und schließlich die eigentliche Anode 9. Zum Abschluß der nach außen gehenden Öffnung der Anode 9 ist mittels einer Lötung 10 die am Rahmen 11 liegende Scheibe 12 des Ausgangsfensters eingesetzt. Die Scheibe 12 trägt an ihrer Innenseite den Ausgangsleuchtschirm 13 und ist mit einer Lötstelle 14 mit dem Rahmen 11 vakuumdicht verbunden.
Die Wirkungsweise des Bildverstärkers beruht bekanntlich darauf, daß durch die Wand der Kappe 2 in die Leuchtschicht 5 eindringende Röntgenbilder in der Fotokathode 6 ein Elektronenbild auslösen. Dieses wird dann mittels der Elektroden 7 und 8 und der Anode 9 auf die Leuchtschicht 13 abgebildet, indem die entsprechenden Potentiale an die Kappe 2, die Verbindungsleitungen 15 und 16, zu den Elektroden 7 und 8 und an den Ansatz 4 für die Anode 9 angelegt werden.
Aus der Figur 2 ist ersichtlich, daß die Lötstelle 14 zwischen der Scheibe 12 und der Innenseite des Rahmens 11 aus Haftschichten. 20 der Scheibe 12 und 21 des Rahmens 11 besteht, die durch die eigentliche Lotschicht 22 miteinander verbunden sind. Letztere besteht aus einem Legierungsprodukt von Blei mit 2,5 Gewichtsprozent Silber und ist 0,05 bis 1 mm stark. Die Schichten 20 und 21 stellen Doppelschichten dar, die denjenigen entsprechen, die in Figur 3 mit 23 und 24 bezeichnet sind. Die Schicht 23 besteht aus Nickel und ist etwa 200 nm stark. Die Schicht 24 besteht aus einer Aufdampfschicht aus Chrom und Chromoxid und ist mindestens 30 nm stark.
Die Schichten 20 und 21 können aber entsprechend Figur 4 auch aus drei Schichten 25, 26 und 27 aufgebaut sein. Sie werden bei dieser Ausführung auf das Ausgangsfenster 12.1, das dem Fenster 12 der Figur 2 entspricht, aufgedampft, indem zuerst die aus Chrom bzw. Chromoxiden bestehende und mindestens 30 nm starke Schicht 25, dann die mindestens 30 nm dicke Schicht 26 aus Nickel sowie abschließend die aus Silber bestehende und ca 200 nm starke Schicht 27 aufgedampft sind.
Bei einer Vierfachschichtung der Haftschicht nach Figur 5, bei welcher die Scheibe des Ausgangsfensters mit 12.2 bezeichnet ist, wird zuerst eine Schicht 28 aus Chrom/Chromoxid auf den zu verlötenden Rand der Fensterschiebe 12.2 mindestens 30 nm stark aufgedampft. Darauf folgt eine Aufdampfschicht 29, die aus Nickel besteht und 100 nm bis 300 nm dick ist. Eine nunmehr folgende Schicht 30 aus Silber wird dann ca. 200 nm stark aufgedampft und schließlich eine aus Gold bestehende abdeckende Schicht 31.
Wegen der Verwendung von Weichlot kann die Scheibe 12 vom Kolben 1 des Bildverstärkers wieder gelost werden. Dies erfolgt durch Auslöten aus dem Rahmen 11. Dann kann die als Substrat der Leuchtschicht 13 verwendete Scheibe 12 problemlos wiedergewonnen und neu aufgearbeitet werden. Dies ist insbesondere bei Benutzung feiner optischer Scheiben ein entscheidender Vorteil gegenüber einer Verlötung mit Glasloten, die nur bei Temperaturen über 600° C gelöst werden kann. Während Weichlot leicht entfernbar ist, weist eine mit Glas gelötete Scheibe an den Lotstellen nach dem Lösen der Lötung immer Reste von Glaslot auf, die nur durch Schleifen abgetragen werden können.

Claims

1. Röntgenbildverstärker, dessen Ausgangsfenster in einen Metallrahmen gefaßt in den Röhrenkolben eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsfenster eine Fensterscheibe mit daran angebrachter Leuchtschicht in den Rahmen mittels Weichlot eingelötet ist.

2. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot eine Bleilegierung ist.

3. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleilegierung Silber, Zinn oder Indium enthält.

4. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Silbers 2,5 Gewichtsprozent beträgt.

5. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Leuchtstoff freie Rand der Fensterscheibe an den Stellen, an denen die Lötung erfolgt, Haftschichten trägt.

6. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschichten in Form einer Schichtenfolge aufgetragen sind, wobei auf das Glas Chromoxid/Chrom in einer Dicke von 30 bis 300 nm, auf dieses Nickel in einer Dicke von 30 bis 300 nm und darauf Silber in einer Dicke von 100 bis 400 nm aufgetragen ist.

7. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschichten eine Schichtfolge darstellen, deren auf das Glas aufgetragene Schicht aus Chrom/Chromoxid besteht und mindestens 30 nm dick ist, und daß auf die Chromschicht eine Schicht aus Eisen, darauf eine Schicht aus Nickel und auf diese eine Schicht aus Silber aufgetragen sind.

8. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschichten mit einer Abdeckung aus Gold versehen sind.

9. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Lötfläche des Rahmens mit Haftschichten versehen ist.

10. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Schicht der Haftschicht des Rahmens und die oberste Schicht der Haftschicht der Fensterscheibe aus dem gleichen Material bestehen.