JP4772212B2 - X線発生装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、非破壊検査に用いることができるX線発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線発生装置の一例であるX線管は、陰極から電界で加速した電子ビームをターゲットに当て、その衝撃でX線を発生させる真空機器である。X線管のうち、電子ビームをターゲットの一方の面に当てることにより、ターゲットの他方の面からX線が放射されるのを透過型X線管という。透過型X線管は、非破壊検査、厚み計測、X線分析等に使用される。例えば、電子部品のような小型かつ高密度なものについて非破壊検査する場合、透過型X線管にマイクロフォーカス機能が要求される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子部品のうち、例えば、BGA(Ball Grid Array)やCSP(Chip Size Package)のような半導体実装部品は、小型化かつ高密度化が進んでいる。このような半導体実装部品について、透過型X線管を用いて非破壊検査する場合、透過型X線管を高解像度にする必要がある。
【0004】
本発明の目的は、高解像度のX線発生装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子ビームをターゲットの一方の面に当てることにより、ターゲットの他方の面からX線が放射されるX線発生装置であって、電子ビームを発生する手段と、電子ビーム発生手段側に位置する一方磁極とターゲット側に位置する他方磁極を含み、これらの磁極により発生する磁場を用いて電子ビームを収束させる電子レンズを形成する手段と、を備え、一方磁極は、電子ビーム発生手段で発生した電子ビームが出射される第1開口部を有し、他方磁極は、第1開口部から出射された電子ビームが入射する第2開口部を有し、第2開口部の径の値は、第1開口部の径の値以上である。
【0006】
X線発生装置を高解像度にするには、例えば、X線焦点径を小さくする、X線像の拡大率を上げる、X線像の画質を上げる等がある。本発明によれば、第2開口部の径の値が第1開口部の径の値以上であるので、電子レンズの形成位置をターゲット側に近づけることができる。これにより、電子レンズの拡大率を小さくできるので、ターゲットへ入射される電子ビームの径を小さくできる。この結果、X線焦点径を小さくすることができるので、X線発生装置を高解像度にすることができる。
【0007】
本発明において、他方磁極は、第2開口部に入射した電子ビームをターゲットに向けて出射する第3開口部を有し、第3開口部の径の値は、第2開口部の径の値より小さくしてもよい。
【0008】
これよれば、ターゲット側に近づいた電子レンズ(磁場分布)がターゲットの他方の面、つまり、X線が放射される面側に広がるのを防ぐことが可能となる。この結果、次の二つの効果が生じる。一つは、被測定物の性能が磁場分布により劣化するのを防ぐことができる効果である。他の一つは、被測定物が磁性体の場合、電子レンズ(磁場分布)の形状が変化するのを防ぐことができるので、電子ビームを適正に収束させることができる効果である。
【0009】
本発明において、第3開口部の径の値は、第1開口部の径の値より小さくしてもよい。第3開口部の径の値は、第1開口部の径の値より大きくしてもよい。第3開口部の径の値は、第1開口部の径の値と同じにしてもよい。
【0010】
本発明において、電子レンズ形成手段の一方磁極は、貫通孔を有する強磁性体部を含み、貫通孔は、電子ビーム発生手段で発生した電子ビームを第1開口部に導くための径路となり、貫通孔は、ターゲット側に位置し、第1の径を有する第1部分と、電子ビーム発生手段側に位置し、第1部分より径の値が大きい第2の径を有する第2部分と、を有し、第1部分は、第1開口部を含むようにしてもよい。
【0011】
これによれば、第1部分の径の値、つまり、第1開口部の径の値を小さくできるので、電子レンズを形成する際に、電磁石のコイル部に流す電流を小さくすることができる。
【0012】
本発明において、X線発生装置は、電子レンズに入射した電子ビームのうち、電子レンズの中心付近を通過する電子ビームのみをターゲットへ導く手段を備えるようにしてもよい。
【0013】
これによれば、電子レンズの中心付近を通過しない電子ビームは、上記ターゲットへ導く手段によりカットされ、ターゲットには到達しない。これにより、X線像の画質を向上させることができる。
【0014】
本発明において、X線発生装置は、一方磁極と他方磁極とのギャップの距離を一定に保つための手段を備えるようにしてもよい。
【0015】
これによれば、一方磁極と他方磁極とのギャップの距離を一定値に保つことができるので、電子レンズの形状を一定にすることができる。よって、所望のX線焦点径を得ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明に係るX線発生装置の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態のX線発生装置は、透過型X線管である。
【0017】
[透過型X線管の概略]
本実施形態の透過型X線管の概略について説明する。図2は、透過型X線管1000の断面図である。透過型X線管1000は、電子レンズ形成部100A、電子銃200及びターゲット300を備える。
【0018】
まず、透過型X線管1000の動作を簡単に説明する。電子銃200は、電子ビーム発生手段の一例であり、フィラメント201を含む。フィラメント201から電子ビームが出射される。電子レンズ形成部100Aにより、電子ビームを収束させて、電子ビームをターゲット300の一方の面に当てる。これにより、ターゲット300の他方の面からX線が放射される。
【0019】
次に、透過型X線管1000の構造を簡単に説明する。透過型X線管1000は、電子銃200と電気的に接続された電源部400を備える。本実施形態では、電源部と電子銃が配置されている部分が一体構造をしているが、一体構造でなくてもよい。電源部400は、電子銃200に対して、電子ビーム発生に必要な高電圧の供給や電子放出の制御を行う。電源部400は、例えば、エポキシ樹脂のような電気絶縁性の樹脂により封止されている。電源部400は、電源部400の一部が突き出た状態で箱部500に収められている。
【0020】
箱部500上には、電源部400の上記一部を囲むように、筒部600が配置されている。筒部600上には、電子レンズ形成部100Aを内部に含む筒部700が配置されている。透過型X線管1000の動作時、筒部600、700内は高真空にされる。筒部700と筒部600には、ヒンジ610が取り付けられている。筒部700は、ヒンジ610の軸を回転軸として、矢印A方向に動かすことができる。これにより筒部700を倒した状態にすることができる。この状態において、フィラメント201の取り替え等のメンテナンスを行う。筒部600の側面には、ポンプ800が取り付けられている。フィラメント201の取り替え等をした後、ポンプ800により筒部600、700内を高真空にする。これにより、透過型X線管1000を再び使用することができる。なお、箱部500は、ゴム等からなる振動吸収板910を介してベース板900に固定されている。
【0021】
筒部700内には、その長手方向に電子ビーム通過管710が配置されている。電子銃200から出射された電子ビームは、電子ビーム通過管710を通り、電子レンズ形成部100Aに導かれる。筒部700内には、電子銃200側から順に、電子ビーム通過管710を囲むコイル部720、730と、電子ビーム通過管710と接続される電子レンズ形成部100Aが配置されている。電子レンズ形成部100Aは、電子銃200側に位置する磁極110と、磁極110と所定のギャップを設けてターゲット300側に位置する磁極120を含む。コイル部720とコイル部730は互いに独立して動作する。コイル部720はコンデンサコイルであり、コイル部730はオブジェクトコイルである。
【0022】
[電子レンズ形成部の説明]
次に、電子レンズ形成部100Aについて詳細に説明する。図1は、電子レンズ形成部100Aの断面図である。電子レンズ形成部100Aは、強磁性体材料からなるヨーク130を備える。ヨーク130は、電子ビーム通過管710の管軸方向(以下、管軸方向という)と同軸方向に配置されておりヨーク130の中心軸となる中心軸部131と、管軸方向と同軸方向であって中心軸部131の周囲に配置された外周部133と、を含む。
【0023】
外周部133は円筒形状をし、中心軸部131と間を設けて配置されている。外周部133と中心軸部131との間のうち電子銃側には、コイル部730が取り付けられている。コイル部730は、管軸方向と同軸方向に配置されている。外周部133と中心軸部131は、電子銃側において、管軸方向と直交する直交部136により接続されている。
【0024】
中心軸部131、外周部133は、共に、ターゲット側にそれらの先端部135、137が位置する。先端部135、137はターゲット側に向かう方向に先細りをしている。先端部135の先端が、電子銃側に位置する磁極110となる。先端部137の先端は、管軸方向と直交する方向に曲がり、この先端がターゲット側に位置する磁極120となる。
【0025】
磁極110と磁極120には、所定のギャップが設けられている。磁極120により、第2開口部121、第3開口部123が規定されている。第2開口部121の径d2の値は、第1開口部111の径d1の値より大きい。また、径d2の値は、第3開口部123の径d3の値と等しい。
【0026】
中心軸部131には、管軸方向に延びる貫通孔139が形成されている。貫通孔139は、電子銃で発生した電子ビームを第1開口部111に導くための径路となる。貫通孔139には、電子ビーム通過管710が挿入されている。電子銃で発生した電子ビームは、電子ビーム通過管710を通り第1開口部111に導かれ、第1開口部111から出射される。第1開口部111から出射された電子ビームは、第2開口部121に入射する。第2開口部121に入射した電子ビームは、第3開口部123からターゲット300に向けて出射する。
【0027】
磁極110と磁極120とで形成されるギャップには、スペーサ140が配置されている。スペーサ140の材料は、例えば、SUSである。スペーサ140には、電子ビーム通過孔141が形成されている。電子レンズにより収束された電子ビームのうち、電子レンズの中心付近を通過する電子ビーム(以下、中心電子ビームという)は、電子ビーム通過孔141を通りターゲット300に導かれる。電子レンズの中心付近を通過しない電子ビーム(以下、周辺電子ビームという)はスペーサ140によりカットされ、ターゲット300には到達しない。つまり、中心電子ビームがX線の発生に使用され、周辺電子ビームはX線の発生に使用されないのである。周辺電子ビームは、電子レンズの収差により、大きく広がってターゲット300の一方の面に到達する。これにより発生するX線はバックグランドノイズとなり、X線像の画質を落とす要因となる。よって、レンズ収差の影響を受けにくい中心電子ビームのみをX線の発生に使うように電子ビーム通過孔141が形成されている。
【0028】
また、スペーサ140は、磁極110と磁極120のギャップの距離を一定値に保つ機能を有する。ギャップの距離が変化すると、ギャップからもれる磁束が変化するので、電子レンズの形状が変化する。これにより、所望のX線焦点径を得られないのである。
【0029】
先端部137には、第3開口部123を覆うように、ターゲット保持部310が取り付けられている。ターゲット保持部310は、第3開口部123から出射された電子ビームが通過する貫通孔320を有する。ターゲット300は、貫通孔320を覆うように、ターゲット保持部310の表面に蒸着されている。ターゲット保持部310は、先端部137に対して取り外し可能にされている。これにより、透過型X線管1000の使用によりターゲット300が消耗すると、ターゲット保持部300をターゲットが蒸着された新しいターゲット保持部に取り替えることができる。
【0030】
[本実施形態の効果]
次に、本実施形態による効果を説明する。図1に示すように、本実施形態の電子レンズ形成部100Aにおいて、第2開口部121の径d2の値は、第1開口部111の径d1の値より大きい。これにより、X線焦点径を小さくすることができ、透過型X線管1000を高解像度にすることができる。以下、詳細に説明する。
【0031】
図3は、電子レンズが形成されている状態の電子レンズ形成部100Aの断面図である。図3は、図1をさらに拡大した図である。本実施形態の電子レンズ150Aは、電磁レンズである。つまり、コイル部730に電流を流すことにより、磁極110と磁極120とのギャップで発生する磁場をレンズとしている。電子レンズ150Aにより電子ビームを収束させる。収束した電子ビームがターゲット300の一方の面に当たることにより、ターゲット300の他方の面からX線が放射される。磁場分布の形状により電子ビームの収束のしかたが変わる。
【0032】
図4は、比較例であり、電子レンズ150Bが形成されている状態の電子レンズ形成部100Bの断面図である。図3の符号が示すものと同一のものについては同一の符号を付している。電子レンズ形成部100Aとの相違は、径d1の値と径d2の値との関係である。電子レンズ形成部100Bにおいて、径d1の値は径d2の値より大きい。図3、図4から分かるように、径d2の値を径d1の値に対して大きくしていくと、それに従い電子レンズの形成位置がターゲット300側に近づく。
【0033】
電子レンズ形成部100A、100Bにおいて、カソード(つまり電子銃200)付近の仮想点からターゲット300までの距離をDとする。電子レンズの中心からターゲットまでの距離は、電子レンズ形成部100AがDA、電子レンズ形成部100BがDBとする。
【0034】
電子レンズ形成部100Aの電子レンズ系の拡大率MAは、DA/Dとなる。一方、電子レンズ形成部100Bの電子レンズ系の拡大率MBは、DB/Dとなる。距離DAは距離DBより小さいので、拡大率MAは拡大率MBより小さくなる。これにより、電子レンズ150Aは電子レンズ150Bよりも、ターゲット300へ入射される電子ビームの径を小さくできる。
【0035】
図5は、本実施形態においてターゲット300へ入射される電子ビームを模式的に示す図である。図6は、図4に示す比較例においてターゲット300へ入射される電子ビームを模式的に示す図である。符号3000は、ターゲット300上の電子ビームの平面を模式的に示している。符号4000は、ターゲット300上のx方向であって電子ビームの中心部を通る部分の電子ビームの密度を示している。符号5000は、ターゲット300上のy方向であって電子ビームの中心部を通る部分の電子ビームの密度を示している。
【0036】
図7は、図5の符号4000で示すグラフと、図6の符号4000で示すグラフとを比較した図である。図8は、図5の符号5000で示すグラフと、図6の符号5000で示すグラフとを比較した図である。図7、図8中、実線が本実施形態であり、点線が比較例である。電子ビームの広がりは、本実施形態のほうが比較例より小さい。
【0037】
本発明者は以上に基づき、第2開口部121の径d2の値が第1開口部111の径d1の値以上、つまり、径d2の値が径d1の値と等しい、又はそれより大きい場合、本発明者が必要とするX線焦点径以下のX線焦点径になることを見出した。よって、本実施形態によれば、X線焦点径を小さくすることができるので、透過型X線管1000を高解像度にすることができる。
【0038】
[電子レンズ形成部の変形例の説明]
次に、本実施形態の電子レンズ形成部の変形例について説明する。図1に示す電子レンズ形成部100Aの構成要素と同一要素については同一の符号を付している。
【0039】
{変形例1}
図9は、本実施形態の電子レンズ形成部の第1変形例の断面図である。図9に示す電子レンズ形成部100Cが、電子レンズ形成部100Aと相違するのは、開口部の径である。すなわち、電子レンズ形成部100Cにおいて、第2開口部121の径d2の値は第1開口部111の径d1の値と等しい。上記のように、径d2の値が径d1の値と等しい場合、図4に示す第2開口部121の径d2の値が第1開口部111の径d1より小さい場合に比べて、ターゲット300へ入射される電子ビームの径を小さくできる。これにより、X線焦点径を小さくすることができ、透過型X線管1000を高解像度にすることができる。なお、電子レンズ形成部100Cにおいて、第2開口部121の径d2の値は第3開口部123の径d3の値と等しい。
【0040】
{変形例2}
図10は、本実施形態の電子レンズ形成部の第2変形例の断面図である。図10に示す電子レンズ形成部100Dは、電子レンズ形成部100Aと同様に、第2開口部121の径d2の値が第1開口部111の径d1の値より大きく、第2開口部121の径d2の値が第3開口部123の径d3の値と等しい。
【0041】
電子レンズ形成部100Dは、電子レンズ形成部100Aと相違するのは、中心軸部131に形成された貫通孔139の形状である。貫通孔139は、ターゲット側に位置する第1部分132と、電子銃側に位置する第2部分134とを含む。第1部分132は、第1開口部111を含む。貫通孔139の第2部分134に電子ビーム通過管710が挿入されている。第2部分134の径d4の値は、第1部分132の径d1の値より大きい。電子レンズ形成部100Dによれば、第1部分132の径d1の値を小さくできるので、電子レンズを形成する際に、コイル部730に流す電流を小さくすることができる。
【0042】
{変形例3}
図11は、本実施形態の電子レンズ形成部の第3変形例の断面図である。図11に示す電子レンズ形成部100Eは、電子レンズ形成部100Aと同様に、第2開口部121の径d2の値が第1開口部111の径d1の値より大きい。電子レンズ形成部100Eが電子レンズ形成部100Aと相違するのは、第3開口部123の径d3の値が第2開口部121の径d2の値より小さいことである。これによる効果を説明する。
【0043】
例えば、被測定物2000を非破壊検査する場合、被測定物2000はターゲット300のX線が放射される面の近傍に置かれる。上記のように、本実施形態によれば磁場分布(電子レンズ)がターゲット側に広がるので、磁場分布が被測定物2000の置かれた場所にまで広がることがある。この磁場により、被測定物2000の性能が劣化する可能性がある。また、被測定物2000が磁性体の場合、磁場分布の形状、つまり電子レンズの形状が変化する場合がある。電子レンズの形状の変化により、電子ビームの収束の状態が変わるおそれがある。
【0044】
電子レンズ形成部100Eによれば、第3開口部123の径d3の値が第2開口部121の径d2の値より小さいので、磁場分布が被測定物2000の置かれた場所にまで広がるのを防ぐことができる。
【0045】
{変形例4}
図12は、本実施形態の電子レンズ形成部の第4変形例の断面図である。図12に示す電子レンズ形成部100Fは、第1開口部111の径d1の値を図10に示す電子レンズ100Dの第1開口部111の径d1の値と同一にしている。電子レンズ形成部100Fは、第2開口部121の径d2の値を図11に示す電子レンズ100Eの第2開口部121の径d2の値と同一にしている。また、電子レンズ形成部100Fは、第3開口部123の径d3の値を電子レンズ100Eの第3開口部123の径d3の値と同一にしている。よって、電子レンズ形成部100Fは、変形例2の効果と変形例3の効果を有する。
【0046】
なお、変形例2、3、4の電子レンズ形成部100D、100E、100Fでは、第2開口部121の径d2の値が第1開口部111の径d1の値より大きいが、電子レンズ形成部100Cのように径d2の値が径d1の値と等しくてもよい。
【0047】
【発明の効果】
本発明のX線発生装置によれば、ターゲット側の磁極に形成される第2開口部の径の値は、電子ビーム発生手段側の磁極に形成される第1開口部の径の値以上である。従って、電子レンズの形成位置をターゲット側に近づけることができるので、X線焦点径を小さくすることができる。よって、本発明によれば、X線発生装置を高解像度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の電子レンズ形成部の断面図である。
【図2】本実施形態の透過型X線管の断面図である。
【図3】本実施形態において、電子レンズが形成されている状態の電子レンズ形成部の断面図である。
【図4】比較例において、電子レンズが形成されている状態の電子レンズ形成部の断面図である。
【図5】本実施形態において、ターゲットへ入射される電子ビームを模式的に示す図である。
【図6】比較例において、ターゲットへ入射される電子ビームを模式的に示す図である。
【図7】図5の符号4000で示すグラフと、図6の符号4000で示すグラフとを比較した図である。
【図8】図5の符号5000で示すグラフと、図6の符号5000で示すグラフとを比較した図である。
【図9】本実施形態の電子レンズ形成部の第1変形例の断面図である。
【図10】本実施形態の電子レンズ形成部の第2変形例の断面図である。
【図11】本実施形態の電子レンズ形成部の第3変形例の断面図である。
【図12】本実施形態の電子レンズ形成部の第4変形例の断面図である。
【符号の説明】
100A〜F・・・電子レンズ形成部、110・・・磁極、111・・・第1開口部、120・・・磁極、121・・・第2開口部、123・・・第3開口部、130・・・ヨーク、131・・・中心軸部、132・・・第1部分、133・・・外周部、134・・・第2部分、135・・・先端部、136・・・直交部、137・・・先端部、139・・・貫通孔、140・・・スペーサ、141・・・電子ビーム通過孔、150A・・・電子レンズ、150B・・・電子レンズ、200・・・電子銃、201・・・フィラメント、300・・・ターゲット、310・・・ターゲット保持部、320・・・貫通孔、400・・・電源部、500・・・箱部、600・・・筒部、610・・・ヒンジ、700・・・筒部、710・・・電子ビーム通過管、720・・・コイル部、730・・・コイル部、800・・・ポンプ、900・・・ベース板、910・・・振動吸収板、1000・・・透過型X線管、2000・・・被測定物
Claims (5)
- 電子ビームをターゲットの一方の面に当てることにより、前記ターゲットの他方の面からX線が放射されるX線発生装置であって、
電子ビームを発生する手段と、
前記電子ビーム発生手段側に位置する一方磁極と前記ターゲット側に位置する他方磁極を含み、これらの磁極により発生する磁場を用いて電子ビームを収束させる電子レンズを形成する手段と、
を備え、
前記一方磁極は、前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームが出射される第1開口部を有し、
前記他方磁極は、前記第1開口部から出射された電子ビームが入射する第2開口部と、前記第2開口部に入射した電子ビームを前記ターゲットに向けて出射する第3開口部とを有し、
前記第2開口部の径の値は、前記第1開口部の径の値以上であり、
前記第3開口部の径の値は、前記第2開口部の径の値より小さく且つ前記第1開口部の径の値より小さい、X線発生装置。 - 電子ビームをターゲットの一方の面に当てることにより、前記ターゲットの他方の面からX線が放射されるX線発生装置であって、
電子ビームを発生する手段と、
前記電子ビーム発生手段側に位置する一方磁極と前記ターゲット側に位置する他方磁極を含み、これらの磁極により発生する磁場を用いて電子ビームを収束させる電子レンズを形成する手段と、
を備え、
前記一方磁極は、前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームが出射される第1開口部を有し、
前記他方磁極は、前記第1開口部から出射された電子ビームが入射する第2開口部と、前記第2開口部に入射した電子ビームを前記ターゲットに向けて出射する第3開口部とを有し、
前記第2開口部の径の値は、前記第1開口部の径の値以上であり、
前記第3開口部の径の値は、前記第2開口部の径の値より小さく且つ前記第1開口部の径の値と同じ、X線発生装置。 - 前記電子レンズ形成手段の前記一方磁極は、貫通孔を有する強磁性体部を含み、
前記貫通孔は、前記電子ビーム発生手段で発生した電子ビームを前記第1開口部に導くための径路となり、
前記貫通孔は、
前記ターゲット側に位置し、第1の径を有する第1部分と、
前記電子ビーム発生手段側に位置し、前記第1部分より径の値が大きい第2の径を有する第2部分と、
を有し、
前記第1部分は、前記第1開口部を含む、請求項1または2記載のX線発生装置。 - 前記X線発生装置は、前記電子レンズに入射した電子ビームのうち、前記電子レンズの中心付近を通過する電子ビームのみを前記ターゲットへ導く手段を備える、請求項1〜3のいずれかに記載のX線発生装置。
- 前記X線発生装置は、前記一方磁極と前記他方磁極とのギャップの距離を一定に保つための手段を備える、請求項1〜4のいずれかに記載のX線発生装置。
Priority Applications (5)
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