JP2004028845A

JP2004028845A - Micro x-ray generation source of high brightness/high output, and nondestructive inspection device using the same

Info

Publication number: JP2004028845A
Application number: JP2002187177A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Mochizuki; 望月　孝晏; Shuji Miyamoto; 宮本　修治
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray generation source for realizing high brightness of a microspot, and to provide a nondestructive inspection device for a high density multilayered printed circuit board or the like using the source. <P>SOLUTION: In this X-ray generation source, a target 15 formed of a single columnar metal wire comprising tungsten (W) or molybdenum (Mo) of a heavy element high in X-ray generation efficiency is arranged in the bottom part of a vacuum duct 6. The target is a columnar shape having 1.5 or more of ratio of the maximum diameter in its cross-section to its length, the target 15 of the heavy element serves for both cooling and holding, and embedded in a substrate 8 comprising a light element of beryllium (Be) or carbon (C). A cooler 9 is arranged under a condition to surround the target 15 and the substrate 8, and the cooler 9 has heat pump structure 17 in which a coolant 18 is sealed, or structure for making the coolant flow as a fluid in a flow passage surrounding the substrate 8. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線源を微小なスポットで且つ高輝度で実現するＸ線発生源と、それを用いた非破壊検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話に見られるように電子機器の小型化が加速し、プリント基板や半導体パッケージにおいては微細化、多層化が進展し検査対象が高密度化している。そのため、プリント基板や半導体パッケージの評価技術が重要になり、Ｘ線透過法を用いて微細な内部構造を非破壊で検査する非破壊検査法が各分野で用いられている。それに伴って、Ｘ線透過検査への要求が高度化し、それらの開発や製品検査において、分解能を上げるため、Ｘ線の微小焦点化が要求されている。
【０００３】
Ｘ線管の中で透過型は、収束された電子ビームを、厚さが薄いタングステンターゲットに打ち込み、ターゲットの裏面より放出されるＸ線を利用するものである。この時、電子ビームをターゲット面で１〜５０μｍ程度に絞ることによって、Ｘ線源を微小化している。このＸ線源はマイクロフォーカスＸ線と呼称され、既に商品化されているものがある。
【０００４】
この方式は電子ビームを微小スポットにしても、ターゲット内部での電子ビームの散乱があるため光源サイズは小さくならず、Ｘ線の出力（輝度）が低い。そこで、Ｘ線の出力を高めるために電子ビームの電流を増加させると冷却が不充分になり出力に限度がある。このため測定に時間を要し、製品検査での全数検査に対応できない。そのため、プリント基板の高密度化が進み全数検査への要望が強いが、現実にはオフラインでの検査になっている。
【０００５】
また、強力なＸ線源を得るため、ターゲットを高熱伝導率の無機化合物／金属薄膜の二層構造とし、冷却効果を発揮させて高出力を得るものは、特公平７−６０７５７号公報のものがある。これは電子ビーム入射に対して９０度方向に放出するＸ線を利用する反射型と呼ばれる輝度の高いＸ線源であるが、Ｘ線源スポットは電子ビームの太さと飛程とに依存し、小さなスポットは得られない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のＸ線発生源は、電子ビームを微小スポットにしようとしても電流の増加に限度があり、ターゲット内部での電子ビーム散乱のため光源サイズが小さくならず輝度が低かった。このため非破壊検査の測定に時間を要し、製品検査での全数検査に対応できず、オフラインでの検査になっていた。また、反射型の輝度の高いＸ線源のものもあるが、Ｘ線源スポットは電子ビームの太さと飛程とに依存し、小さなスポットは得られなかった。そこで、本発明は微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源と、それを用いて高密度多層プリント基板等の非破壊検査をオンラインで可能とする非破壊検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るＸ線発生源は、電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源に用いられ、当該ターゲットを柱状とし、当該ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるように構成した。
【０００８】
こうして、ターゲットは柱状形状とし、ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるものであり、ターゲット径でＸ線源の大きさが決まり、Ｘ線取り出し方向から見ると微小なスポットを形成することができる。そして、金属薄膜のターゲットの作成が簡単であると共に、熱に対する制限も緩和され、より高い電子パワー密度で運転が可能な高輝度Ｘ線源とすることができる。
【０００９】
本発明の請求項２に係るＸ線発生源は、電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源に用いられ、当該ターゲットを長さ／断面の最大径の比が１．５以上の柱状とし、当該ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるように構成した。但し、ターゲットの長さは少なくとも電子の飛程と同じとする。
【００１０】
本発明の請求項３に係るＸ線発生源は、電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源に用いられ、当該ターゲットを断面の最大径が１０μｍ以下で、長さは電子飛程長（例えば、５０ｋｅＶの入射電子では５μｍ）の柱状とし、当該ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるように構成した。
【００１１】
本発明の請求項４に係るＸ線発生源は、上記請求項１乃至請求項３記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源に用いる前記ターゲットを、タングステン又はモリブデンでなる単一の柱状の金属ワイヤで構成とした。
【００１２】
こうして、ターゲットはＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成され、該ターゲットは長さ／断面の最大径の比が１．５以上の柱状とし、例えば、断面の最大径が１０μｍ以下で、長さは電子飛程長とすることにより、微小タングステンのターゲットで微小Ｘ線源を構成でき、より高い電子パワー密度で運転が可能な高輝度Ｘ線源とすることができる。
【００１３】
本発明の請求項５に係るＸ線発生源は、上記請求項１乃至請求項３記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源に用いる前記ターゲットを、タングステン又はモリブデンでなる単一の柱状の金属ワイヤで構成し、前記ターゲットはＸ線発生量の極めて少ない基板に埋設されており、該基板に冷却装置が配置されている構成とした。
【００１４】
本発明の請求項６に係るＸ線発生源は、上記請求項１乃至請求項３記載の高輝度・高出力微小Ｘ線発生源に用いる前記ターゲットを、タングステン又はモリブデンでなる単一の柱状の金属ワイヤで構成し、前記ターゲットはＸ線発生量の極めて少なく、かつ熱伝導量の大きなベリリウム又はカーボンからなる基板に埋設されており、該基板に冷却装置が配置されている構成とした。
【００１５】
こうして、ターゲットはＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成され、該ターゲットは長さ／断面の最大径の比が１．５以上の柱状とする。そして、冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板に埋設され、熱伝導率が大きく冷却機能を有する軽元素の基板で囲まれているため、効率よく冷却できる。更に、ターゲットと基板を囲む状態で冷却装置を配置することにより、冷却効率をより高くすることができる。
【００１６】
本発明の請求項７に係る非破壊検査装置は、上記請求項１乃至請求項６記載のＸ線発生源を非破壊検査装置のＸ線発生源として適用して構成した。
【００１７】
こうして、プリント基板や半導体パッケージの評価を非破壊検査技術を用いて行なう際に、微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源を用いて高密度多層プリント基板等の非破壊検査をオンラインで可能とし、プリント基板の高密度化に伴う全数検査の要望に応える非破壊検査装置を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源と、それを用いた非破壊検査装置に関するものであり、図を参照して説明する。図１は非破壊検査装置の模式的概略図を示し、図２はＸ線発生源の模式的概略図を示し、図３はＸ線発生源の詳細図を示す。
【００１９】
図において、１は真空チャンバー、２は真空排気装置、３は高電圧パルス発生器、４はニードル束光陰極電子銃、５は紫外線パルスレーザー発振器、６は真空ダクト、７は電子収束用磁気レンズ、８は基板、９は冷却装置、１０はＸＹ（Ｚ）走査台ステージ、１１はステージ１０上に載置される多層回路基板等の試料、１２は高速Ｘ線撮像装置、１３は画像信号処理装置、１４はＸＹ（Ｚ）制御装置、１５は重元素でなるターゲット、１６はＸ線射出口である。
【００２０】
図１により本発明の非破壊検査装置の概要を説明する。真空チャンバー１は真空排気装置２により１０^−５Ｐａの真空度が保たれる。高電圧パルス発生器３が５０ｋＶ，１〜１０ｋＨｚの高圧を発生し、ニードル束光陰極電子銃４で電子を放出する。紫外線パルスレーザー発振器５が１〜１０ｋＨｚの３倍高調波をニードル束先端に照射することにより得られる超高輝度電子ビームを真空ダクト６を通りビーム収束用磁気レンズ７によって、微小な電子ビームとして収束する。
【００２１】
ここで、紫外線パルスレーザー発振器が１〜１０ｋＨｚの３倍高調波をニードル束先端に照射することにより得られる超高輝度電子ビームについては、本発明者等の発表論文「Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ−Ｂｒｉｇｈｔ　Ｎｅｅｄｌｅ　Ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅ　ｆｏｒ　ＦＥＬ」（Ｔ．Ｉｎｏｕｅ，Ｓ．Ｍｉｙａｍｏｔｏ，Ｈ．Ｈｉｇａｓｈｉｕｃｈｉ，Ｍ．Ｙａｔｓｕｚｕｋａ，ａｎｄ　Ｔ．Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２５ｔｈ　Ｌｉｎｅａｒ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｊａｐａｎ，ｐｐ．７４−７６，Ｈｉｍｅｊｉ，Ｊｕｌｙ　１２−１４（２０００））に詳細に説明している。
【００２２】
電子ビームはスポットとなるため、そこに例えば直径１０μｍ、長さ２０μｍの柱状のＸ線発生用ターゲットを配置し、軸方向より電子ビームを収束させて照射すると、Ｘ線取り出し方向から見ると硬Ｘ線を発生する直径１０μｍの擬似的な点Ｘ線源を生成する。
【００２３】
Ｘ線発生源の概略図は図２に示すように、ターゲット１５としてはＸ線発生効率の高い重元素（効率約１０^−３／立体角）のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）からなる単一の柱状の金属ワイヤを用い、当該ターゲット１５は冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板８に埋設されている。基板８にはその外方に冷却装置９が配置されている。そして、ターゲット１５で発生したＸ線はＸ線射出口１６から放射される。
【００２４】
ターゲット１５から放射されたＸ線をＸＹ（Ｚ）走査台ステージ１０上に載置された試料の多層回路基板１１に照射して得られる透過像は、点Ｘ線源からのＸ線によって拡大投影され、ペルチェ冷却Ｘ線用ＣＣＤマルチ方式、又はＸＹ走査合成式による読取方式で高速Ｘ線撮像装置１２中に記録される。
【００２５】
高速Ｘ線撮像装置１２の画像は画像信号処理装置１３によって、並列処理と高速像判読アルゴリズムを用いて、画像の評価を行い、その結果をシステム制御装置２０に蓄積する。システム制御装置２０は検査手順等システム全体の動作を制御し、得られたデータ全体を外部に出力する。そのため、システム制御装置２０は制御装置１４を介して、ＸＹ（Ｚ）走査台ステージ１０を制御し、更に、磁気レンズ７を制御する。
【００２６】
また、システム制御装置２０による画像の評価結果に基づき、レーザーのパルス幅とタイミングを制御することによってＸ線の発生時間幅とタイミングを制御し、瞬間Ｘ線透過像も容易に観察することができる。
【００２７】
図３に本発明のＸ線発生源の詳細図を示す。真空ダクト６の底部にターゲット１５が配置される。ターゲット１５はＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成されている。
【００２８】
ターゲット１５に重元素のタングステンを用いる理由は、電子の吸収は大体ターゲットの質量密度に比例するので、比重１９．４のタングステンは比重２．６の炭素（グラファイト）に比べ７倍以上の効率で電子を吸収するためである。また、Ｘ線発生率はターゲットの原子番号の２乗に比例するので、タングステン（ｚ＝７４）と炭素（ｚ＝６）を比べると、タングステンのＸ線発生率が１５０倍以上多い。そのため、微小タングステンのターゲット１５で微小Ｘ線源を構成できる。
【００２９】
該ターゲットは長さと断面の最大径の比が１．５〜２以上の柱状とし、例えば、断面の最大径が１０μｍ以下で、長さは２０μｍ以下とすることが実験的に好ましい結果が得られた。重元素のターゲット１５は冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板８に埋設されている。
【００３０】
そして、ターゲット１５を埋め込む基板８にグラファイトを用いる理由は、発生したＸ線はグラファイトの基板内を通過するが、Ｘ線吸収率は、図４に示すように、利用するＸ線エネルギー（３０ｋｅＶ）付近で、タングステンに比べ炭素（グラファイト）は吸収係数が２桁小さいため、基板８で殆んど減衰することなく、取り出すことができるためである。
【００３１】
更に、少しでもＸ線の吸収損失を下げるためと、ターゲット１５の冷却のために、基板８であるグラファイトの底面を削っている。電子のエネルギーが高密度で吸収される重元素のターゲット１５部が微小であるため、Ｘ線源として利用されない電子は周辺を照射する。しかし、そのような電子は基板８中に広く拡散され単位体積当りの熱負荷は小さい。
【００３２】
このように、熱発生の主たる要素である重元素のターゲット１５が、冷却機能を有する軽元素の基板８で囲まれているため、効率よく冷却できる。更に、ターゲット１５と基板８を囲む状態で、熱交換用のフィンを有する冷却装置９を配置する。冷却装置９は冷媒１８を密封したヒートポンプ構造１７とすることにより、熱輸送係数が銅以上となり冷却効率をより高くすることができる。又は冷媒を流体として基板８を取り囲む流路に流すことによって、冷却効率を高くすることができる。
【００３３】
こうして、ターゲット１５で発生した高出力のＸ線はＸ線射出口１６から放射され、金属薄膜でなるターゲットの作成が簡単であると共に、熱に対する制限も緩和され、より高い電子パワー密度で運転が可能で、１０１７Ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ^２ｓ／ｓｒと１０倍以上の高輝度Ｘ線源とすることができる。
【００３４】
以上のように本発明は、電子ビームを金属ターゲットに照射し、ターゲットの電子ビームとは反対側からＸ線を発生させる透過型Ｘ線発生源において、重元素のターゲットは柱状形状で、柱の側面で軽元素の基板と接触するように填め込んだ構造とし、その断面の最大径が１０μｍ以下、柱の長さを１．５倍以上とし、ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるものであり、ターゲット径でＸ線源の大きさが決まり、Ｘ線取り出し方向では微小なスポットを形成することができる。
【００３５】
例えば、１０μｍ径、２０μｍ長さのターゲットのタングステンを厚さ数ｍｍのグラファイトなどの低原子番号の基板に埋め込みＸ線源とすると、電子の吸収は主にタングステンで起こり、そこで発生したＸ線の吸収は小さく、効率よくＸ線が取り出せる。また、ターゲット側面で基板と接触しているため冷却機構が取り付けられ、冷却効果が充分である。
【００３６】
また、従来のマイクロフォーカスで見られる電子ビームの散乱による解像度劣化が防げられ、電子ビーム収束関係が簡略化され、高出力が得られる。一例を挙げれば、Ｘ線源から２０ｃｍ離れた位置に設置したＸ線検出用２次元検出器でのＸ線密度は、１０^４から１０^５　光子／１０μｍピクセルとなり、通常の値より１桁ないし２桁高い値となるので、ＣＣＤの１フレームで画像が得ることができ、広い応用範囲が期待できる。本実施例は一例にすぎず、本発明はここで説明に使われた数値又は形状には限定されないことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明はターゲットを柱状形状とし、ターゲットはＸ線発生効率の高い重元素のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）でなる単一の柱状の金属ワイヤで形成され、ターゲットの片側断面に、この断面より大きな径を有する電子ビームを照射してＸ線を発生させるものであり、ターゲット径でＸ線源の大きさが決まり、微小なスポットを形成することができ、より高い電子パワー密度で運転が可能な高輝度Ｘ線源とすることができる。
【００３８】
また、ターゲットは冷却と保持を兼ねて、ベリリウム（Ｂｅ）又はカーボン（Ｃ）の軽元素からなる基板に埋設され、冷却機能を有する軽元素の基板で囲まれているため、効率よく冷却できる。更に、ターゲットと基板を囲む状態で冷却装置を配置することにより、冷却効率をより高くすることができる。
【００３９】
そして、プリント基板や半導体パッケージの評価を非破壊検査技術を用いて行なう際に、微小なスポットで且つ高輝度を実現するＸ線発生源を用いて高密度多層プリント基板等の非破壊検査をオンラインで可能とし、プリント基板の高密度化に伴う全数検査を高速で行なうことに対する要望を満足させる非破壊検査装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非破壊検査装置の模式図。
【図２】本発明のＸ線発生源の模式図。
【図３】本発明のＸ線発生源の詳細図。
【図４】元素のＸ線エネルギーと吸収係数との関係図。
【符号の説明】
１　　　　　　　　真空チャンバー
２　　　　　　　　真空排気装置
３　　　　　　　　高電圧パルス発生器
４　　　　　　　　ニードル束光陰極電子銃
５　　　　　　　　紫外線パルスレーザー発振器
６　　　　　　　　真空ダクト
７　　　　　　　　磁気レンズ
８　　　　　　　　基板
９　　　　　　　　冷却装置
１０　　　　　　　ＸＹ（Ｚ）走査台ステージ
１１　　　　　　　多層回路基板等の試料
１２　　　　　　　高速Ｘ線撮像装置
１３　　　　　　　画像信号処理装置
１４　　　　　　　ＸＹ（Ｚ）制御装置
１５　　　　　　　ターゲット
１６　　　　　　　Ｘ線射出口
１７　　　　　　　ヒートポンプ構造
１８　　　　　　　冷媒
２０　　　　　　　システム制御装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray source realizing an X-ray source with a minute spot and high luminance, and a nondestructive inspection apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
As seen in mobile phones, the miniaturization of electronic devices is accelerating, and printed circuit boards and semiconductor packages are becoming finer and more multilayered, and the inspection targets are becoming denser. For this reason, evaluation techniques for printed circuit boards and semiconductor packages have become important, and nondestructive inspection methods for nondestructively inspecting a fine internal structure using an X-ray transmission method have been used in various fields. Accompanying this, the demand for X-ray transmission inspections has become more sophisticated, and in their development and product inspection, microfocusing of X-rays has been required in order to increase the resolution.
[0003]
The transmission type in the X-ray tube is one in which a focused electron beam is injected into a thin tungsten target and X-rays emitted from the back surface of the target are used. At this time, the X-ray source is miniaturized by narrowing the electron beam to about 1 to 50 μm on the target surface. This X-ray source is called a microfocus X-ray, and some of them have already been commercialized.
[0004]
In this method, even if the electron beam is made a minute spot, the size of the light source is not reduced due to the scattering of the electron beam inside the target, and the output (luminance) of X-rays is low. Therefore, if the current of the electron beam is increased to increase the output of X-rays, cooling becomes insufficient and the output is limited. For this reason, measurement requires time, and it is not possible to cope with 100% inspection in product inspection. For this reason, the density of printed circuit boards has been increasing, and there is a strong demand for 100% inspection. However, in reality, the inspection is performed offline.
[0005]
In order to obtain a strong X-ray source, a target having a two-layer structure of an inorganic compound / metal thin film having a high thermal conductivity and exhibiting a cooling effect to obtain a high output is disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-60575. There is. This is an X-ray source of high brightness called a reflection type that uses X-rays emitted in a direction of 90 degrees with respect to the incidence of an electron beam. The X-ray source spot depends on the thickness and range of the electron beam, You can't get a small spot.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional X-ray generation source, even if an attempt is made to make the electron beam into a minute spot, the current is limited, and the light source size is not reduced due to the scattering of the electron beam inside the target, and the luminance is low. For this reason, it took time to measure the nondestructive inspection, and it was not possible to cope with 100% inspection in the product inspection, and the inspection had to be performed off-line. There is also a reflection type X-ray source having a high luminance, but the X-ray source spot depends on the thickness and range of the electron beam, and a small spot cannot be obtained. Therefore, the present invention provides an X-ray source that realizes high brightness with a minute spot, and a non-destructive inspection apparatus that enables non-destructive inspection of a high-density multilayer printed circuit board or the like using the X-ray source online. Aim.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an X-ray source according to claim 1 of the present invention irradiates a metal target with an electron beam and generates X-rays from a side of the target opposite to the electron beam. The target was used as a source, the target was formed in a columnar shape, and one side cross section of the target was irradiated with an electron beam having a diameter larger than this cross section to generate X-rays.
[0008]
Thus, the target has a columnar shape, and one side of the target is irradiated with an electron beam having a diameter larger than this cross section to generate X-rays. The size of the X-ray source is determined by the target diameter. When viewed from the takeout direction, a minute spot can be formed. Further, it is possible to provide a high-brightness X-ray source that can easily operate with a higher electron power density while simplifying the preparation of a metal thin film target and relaxing heat restrictions.
[0009]
The X-ray source according to claim 2 of the present invention is used as a transmission type X-ray source for irradiating a metal target with an electron beam and generating X-rays from a side of the target opposite to the electron beam. The target was formed into a columnar shape having a ratio of the maximum diameter of the length to the cross section of 1.5 or more, and an X-ray was generated by irradiating an electron beam having a diameter larger than this cross section to one side cross section of the target. However, the length of the target is at least the same as the range of the electrons.
[0010]
The X-ray source according to claim 3 of the present invention is used as a transmission type X-ray source that irradiates an electron beam onto a metal target and generates X-rays from the side of the target opposite to the electron beam. The maximum diameter of the cross section is 10 μm or less, and the length is columnar with an electron range (for example, 5 μm for 50 keV incident electrons). One side cross section of the target is irradiated with an electron beam having a diameter larger than this cross section. It was configured to generate X-rays.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an X-ray source, wherein the target used for the high-brightness and high-output minute X-ray source according to the first to third aspects is a single columnar shape made of tungsten or molybdenum. It consisted of a metal wire.
[0012]
Thus, the target is formed of a single columnar metal wire made of heavy element tungsten (W) or molybdenum (Mo) having high X-ray generation efficiency, and the target has a length / cross-section maximum diameter ratio of 1. The X-ray source can be configured with a fine tungsten target by forming the column with five or more columns, for example, with a maximum cross-sectional diameter of 10 μm or less and a length of the electron range, so that operation can be performed with a higher electron power density. A possible high-brightness X-ray source can be obtained.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an X-ray source, wherein the target used for the high-intensity and high-output minute X-ray source according to any one of the first to third aspects is a single columnar shape made of tungsten or molybdenum. The target is made of a metal wire, the target is embedded in a substrate that generates a very small amount of X-rays, and a cooling device is arranged on the substrate.
[0014]
An X-ray source according to claim 6 of the present invention is configured such that the target used for the high-brightness, high-output micro X-ray source according to any one of claims 1 to 3 is a single columnar shape made of tungsten or molybdenum. The target is made of a metal wire, and the target is buried in a substrate made of beryllium or carbon having a very small amount of X-ray generation and a large amount of heat conduction, and a cooling device is arranged on the substrate.
[0015]
Thus, the target is formed of a single columnar metal wire made of heavy element tungsten (W) or molybdenum (Mo) having high X-ray generation efficiency, and the target has a length / cross-section maximum diameter ratio of 1. 5 or more columns. The substrate is buried in a substrate made of a beryllium (Be) or carbon (C) light element for both cooling and holding, and is surrounded by a light element substrate having a large thermal conductivity and a cooling function, so that it is efficiently used. Can be cooled. Further, by arranging the cooling device so as to surround the target and the substrate, the cooling efficiency can be further increased.
[0016]
A nondestructive inspection apparatus according to a seventh aspect of the present invention is configured by applying the X-ray source according to the first to sixth aspects as an X-ray source of the nondestructive inspection apparatus.
[0017]
In this way, when performing evaluation of printed circuit boards and semiconductor packages using nondestructive inspection technology, nondestructive inspection of high-density multilayer printed circuit boards and the like is performed online by using an X-ray source that realizes small spots and high brightness. It is possible to realize a nondestructive inspection apparatus that can meet the demand for 100% inspection with the increase in the density of printed circuit boards.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray source that realizes high brightness with a minute spot and a non-destructive inspection device using the same, and will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a nondestructive inspection apparatus, FIG. 2 is a schematic diagram of an X-ray source, and FIG. 3 is a detailed diagram of the X-ray source.
[0019]
In the figure, 1 is a vacuum chamber, 2 is a vacuum exhaust device, 3 is a high voltage pulse generator, 4 is a needle bundle photocathode electron gun, 5 is an ultraviolet pulse laser oscillator, 6 is a vacuum duct, and 7 is a magnetic lens for electron focusing. , 8 is a substrate, 9 is a cooling device, 10 is an XY (Z) scanning stage, 11 is a sample such as a multilayer circuit board mounted on the stage 10, 12 is a high-speed X-ray imaging device, and 13 is image signal processing. The apparatus, 14 is an XY (Z) controller, 15 is a target made of heavy elements, and 16 is an X-ray exit.
[0020]
The outline of the nondestructive inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The vacuum chamber 1 is maintained at a degree of vacuum of 10 ⁻⁵ Pa by the vacuum exhaust device 2. The high voltage pulse generator 3 generates a high voltage of 50 kV and 1 to 10 kHz, and emits electrons by the needle bundle photocathode electron gun 4. An ultra-high brightness electron beam obtained by irradiating the tip of the needle bundle with the third harmonic of 1 to 10 kHz by the ultraviolet pulse laser oscillator 5 passes through the vacuum duct 6 and is converged as a minute electron beam by the beam converging magnetic lens 7. I do.
[0021]
Here, regarding the ultra-high-brightness electron beam obtained by irradiating the tip of the needle bundle with the 3rd harmonic of 1 to 10 kHz by the ultraviolet pulse laser oscillator, a paper published by the present inventors, "Study of High-Bright Needle Photocathode". for FEL "(T. Inoue, S. Miyamoto, H. Higashiuchi, M. Yasuzuka, and T. Mochizuki Proceedings of the 25th Linear Accelerator Meeting in Japan-Jap. Is described in detail.
[0022]
Since the electron beam becomes a spot, a column-shaped X-ray generation target having a diameter of, for example, 10 μm and a length of 20 μm is arranged there, and when the electron beam is converged and irradiated in the axial direction, a hard X-ray is seen from the X-ray extraction direction. A pseudo point X-ray source having a diameter of 10 μm for generating a line is generated.
[0023]
As shown in FIG. 2, a schematic diagram of the X-ray generation source is a single target made of tungsten (W) or molybdenum (Mo) of a heavy element (efficiency of about 10 ⁻³ / solid angle) having high X-ray generation efficiency. The target 15 is buried in the substrate 8 made of a beryllium (Be) or carbon (C) light element for cooling and holding, using one columnar metal wire. A cooling device 9 is arranged outside the substrate 8. Then, the X-rays generated by the target 15 are emitted from the X-ray exit 16.
[0024]
A transmission image obtained by irradiating the X-ray radiated from the target 15 onto the multilayer circuit board 11 of the sample placed on the XY (Z) scan table stage 10 is enlarged and projected by the X-ray from the point X-ray source. Then, the image is recorded in the high-speed X-ray imaging apparatus 12 by a Peltier-cooled X-ray CCD multi-system or a reading system based on an XY scanning synthesis system.
[0025]
The image of the high-speed X-ray imaging device 12 is evaluated by the image signal processing device 13 using parallel processing and a high-speed image interpretation algorithm, and the result is stored in the system control device 20. The system control device 20 controls the operation of the entire system such as an inspection procedure, and outputs the obtained entire data to the outside. Therefore, the system controller 20 controls the XY (Z) scan table stage 10 and further controls the magnetic lens 7 via the controller 14.
[0026]
Further, based on the evaluation result of the image by the system controller 20, the pulse width and timing of the laser are controlled to control the generation time width and timing of X-rays, so that an instantaneous X-ray transmission image can be easily observed. .
[0027]
FIG. 3 shows a detailed view of the X-ray source of the present invention. The target 15 is arranged at the bottom of the vacuum duct 6. The target 15 is formed of a single columnar metal wire made of heavy element tungsten (W) or molybdenum (Mo) having high X-ray generation efficiency.
[0028]
The reason for using tungsten as a heavy element for the target 15 is that the absorption of electrons is roughly proportional to the mass density of the target, so that tungsten having a specific gravity of 19.4 is more than seven times more efficient than carbon (graphite) having a specific gravity of 2.6. This is for absorbing electrons. In addition, since the X-ray generation rate is proportional to the square of the atomic number of the target, when comparing tungsten (z = 74) and carbon (z = 6), the X-ray generation rate of tungsten is at least 150 times higher. Therefore, a minute X-ray source can be constituted by the minute tungsten target 15.
[0029]
The target has a columnar shape having a ratio of the length to the maximum diameter of the cross section of 1.5 to 2 or more. For example, it is experimentally preferable that the maximum diameter of the cross section is 10 μm or less and the length is 20 μm or less. Was. The heavy element target 15 is buried in the substrate 8 made of beryllium (Be) or carbon (C) light element for both cooling and holding.
[0030]
The reason why graphite is used for the substrate 8 in which the target 15 is embedded is that the generated X-rays pass through the graphite substrate, but the X-ray absorption rate is, as shown in FIG. 4, the X-ray energy (30 keV) to be used. In the vicinity, since carbon (graphite) has an absorption coefficient two orders of magnitude smaller than that of tungsten, it can be extracted with almost no attenuation on the substrate 8.
[0031]
Further, the bottom surface of the graphite as the substrate 8 is shaved in order to lower the absorption loss of X-rays and to cool the target 15. Since the target 15 of the heavy element, in which the energy of the electrons is absorbed at a high density, is minute, the electrons not used as the X-ray source irradiate the periphery. However, such electrons are diffused widely in the substrate 8 and the heat load per unit volume is small.
[0032]
As described above, since the target 15 of the heavy element, which is a main element of heat generation, is surrounded by the substrate 8 of the light element having a cooling function, cooling can be performed efficiently. Further, a cooling device 9 having fins for heat exchange is arranged so as to surround the target 15 and the substrate 8. Since the cooling device 9 has the heat pump structure 17 in which the refrigerant 18 is sealed, the heat transport coefficient becomes higher than that of copper, and the cooling efficiency can be further increased. Alternatively, the cooling efficiency can be increased by flowing a coolant as a fluid through the flow path surrounding the substrate 8.
[0033]
Thus, the high-power X-rays generated from the target 15 are radiated from the X-ray emission port 16, which makes it easy to prepare a target made of a metal thin film, relaxes the restriction on heat, and allows operation at a higher electron power density. It is possible, and a high-brightness X-ray source of 1017 Photon / cm ² s / sr, which is 10 times or more can be obtained.
[0034]
As described above, the present invention provides a transmission type X-ray source that irradiates a metal target with an electron beam and generates X-rays from the side of the target opposite to the electron beam. The structure is such that the side surface is in contact with the light element substrate, the maximum diameter of the cross section is 10 μm or less, the length of the column is 1.5 times or more, and the diameter of one side of the target is larger than this cross section. X-rays are generated by irradiating the target with an electron beam, and the size of the X-ray source is determined by the diameter of the target, and a minute spot can be formed in the X-ray extraction direction.
[0035]
For example, if a target tungsten having a diameter of 10 μm and a length of 20 μm is embedded in a substrate having a low atomic number such as graphite having a thickness of several mm as an X-ray source, the absorption of electrons mainly occurs in tungsten, and the X-rays generated there are The absorption is small and X-rays can be extracted efficiently. Also, since the side surface of the target is in contact with the substrate, a cooling mechanism is attached, and the cooling effect is sufficient.
[0036]
Further, resolution degradation due to scattering of the electron beam seen in the conventional microfocus can be prevented, the convergence relation of the electron beam can be simplified, and high output can be obtained. As an example, the X-ray density of a two-dimensional detector for X-ray detection installed at a position 20 cm away from the X-ray source is 10 ⁴ to 10 ⁵ photons / 10 μm pixel, which is one digit to 2 digits smaller than a normal value. Since the value is an order of magnitude higher, an image can be obtained with one frame of the CCD, and a wide range of application can be expected. This embodiment is merely an example, and it goes without saying that the present invention is not limited to the numerical values or shapes used in the description.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, the target is formed in a columnar shape, and the target is formed of a single columnar metal wire made of heavy element tungsten (W) or molybdenum (Mo) having high X-ray generation efficiency. X-rays are generated by irradiating an electron beam with a larger diameter, the size of the X-ray source is determined by the target diameter, a minute spot can be formed, and operation can be performed with a higher electron power density. A possible high-brightness X-ray source can be obtained.
[0038]
Further, the target is buried in a substrate made of a beryllium (Be) or carbon (C) light element for cooling and holding, and is surrounded by a light element substrate having a cooling function, so that the target can be cooled efficiently. Further, by arranging the cooling device so as to surround the target and the substrate, the cooling efficiency can be further increased.
[0039]
When evaluating printed circuit boards and semiconductor packages using non-destructive inspection technology, non-destructive inspection of high-density multilayer printed circuit boards and the like is performed online using an X-ray source that realizes high brightness with minute spots. Thus, a nondestructive inspection apparatus that satisfies the demand for high-speed 100% inspection in accordance with the high density of printed circuit boards can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a non-destructive inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of an X-ray source according to the present invention.
FIG. 3 is a detailed view of an X-ray source according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between X-ray energy and absorption coefficient of an element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Vacuum exhaust device 3 High voltage pulse generator 4 Needle bundle photocathode electron gun 5 Ultraviolet pulse laser oscillator 6 Vacuum duct 7 Magnetic lens 8 Substrate 9 Cooling device 10 XY (Z) scan stage 11 Multilayer circuit board etc. Sample 12 High-speed X-ray imaging device 13 Image signal processing device 14 XY (Z) control device 15 Target 16 X-ray emission port 17 Heat pump structure 18 Refrigerant 20 System control device

Claims

It is used for a transmission type X-ray generation source that irradiates a metal target with an electron beam and generates X-rays from the side opposite to the electron beam of the target. A high-brightness, high-output micro X-ray source that irradiates an electron beam having a diameter to generate X-rays.

2. The high-intensity and high-output micro X-ray source according to claim 1, wherein the target has a columnar shape having a ratio of length / maximum diameter of cross section of 1.5 or more.

3. The high-intensity and high-output micro X-ray source according to claim 2, wherein the columnar target has a maximum diameter of a cross section of 10 μm or less and a length of an electron range or less.

4. The high-intensity and high-output micro X-ray source according to claim 1, wherein the target is a single- or multi-layer columnar metal wire made of tungsten or molybdenum.

5. The high-intensity and high-output micro X-ray source according to claim 1, wherein the target is buried in a light element substrate, and a cooling device is disposed on the substrate.

6. The high-brightness and high-output micro X-ray source according to claim 5, wherein the substrate is made of beryllium or carbon.

A nondestructive inspection apparatus using the X-ray source according to any one of claims 1 to 6.