KR101127887B1 - Ｘ선관 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 X선관은, 전자를 방출하는 캐소드(cathode); 상기 캐소드에서 방출된 전자가 충돌하여 X선을 발생하는 타켓(target); 상기 캐소드 및 상기 타겟을 지지하는 하우징; 및 전력 케이블을 수용하여 상기 캐소드에 전력을 공급하는 케이블 수용유닛;을 포함하고, 상기 케이블 수용유닛은 상기 하우징의 길이방향과 기울어지게 상기 하우징에 설치된다.

Description

Ｘ선관{X-ray tube}
본 발명은 X선관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형화가 가능한 X선관에 관한 것이다.
X선은 뢴트겐(W. K. Rontgen)에 의해 발견되어 명명된 방사선으로 약 0.01nm에서 약 10nm 사이의 파장을 갖는다. X선은 물체를 투과하는 성질이 있으며, X선의 투과율은 물질의 종류, 밀도, 두께 등에 따라 다르다. 이런 X선의 투과성 때문에 비파괴 검사, 반도체 칩의 배선상태를 검사, CT촬영 등과 같은 다양한 분야에 X선이 이용되고 있다. 또한 대전된 필름이나 종이들을 제전하는 정전기 제전 장치에도 X선이 이용되고 있다.
X선관(X-ray tube)는 X선을 발생시키는 장치로서, 가속된 전자가 물체에 부딪힐 때 전자의 에너지가 열 에너지와 X선으로 변환되는 현상을 이용하여 X선을 발생시킨다. 비파괴 검사장치나 반도체 칩 검사장치 등과 같은 X선 검사장치에 내부에 X선관이 설치되게 된다. X선관의 크기가 커지게 되면 X선 검사장치의 전체적인 크기 역시 커지게 되며, X선을 차폐하기 위한 납의 소모량도 증가하게 된다. 따라서 X선관을 소형화시키는 노력이 필요하다.
본 발명에 따라 소형화가 가능한 X선관이 개시된다.
본 발명의 따르는 X선관은, 전자를 방출하는 캐소드(cathode); 상기 캐소드에서 방출된 전자가 충돌하여 X선을 발생하는 타켓(target); 상기 캐소드 및 상기 타겟을 지지하는 하우징; 및 전력 케이블을 수용하여 상기 캐소드에 전력을 공급하는 케이블 수용유닛;을 포함하고, 상기 케이블 수용유닛은 상기 하우징의 길이방향과 기울어지게 상기 하우징에 설치된다.
상기 케이블 수용유닛은 상기 하우징의 길이방향과 45도 이상 135도 이하의 각도로 기울어지게 설치될 수 있다.
또한 상기 케이블 수용유닛은 상기 하우징의 길이방향과 수직하게 설치될 수 있다.
상기 X선관은, 상기 캐소드 위에 배치되며, 상기 캐소드에서 방출된 전자를 1차로 집속시키는 그리드; 상기 그리드 위에 배치되며, 상기 캐소드에서 방출된 전자를 편향시키는 편향유닛; 상기 편향유닛 위에 배치되며, 상기 캐소드에서 방출된 전자를 2차로 집속시키는 콘덴서 렌즈; 상기 콘덴서 렌즈 위에 배치되며, 상기 캐소드에서 방출된 전자를 상기 타겟에 포커싱하는 대물렌즈; 및 상기 하우징 내부를 진공으로 유지하는 진공유닛;을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 타겟을 지지하는 상부 하우징 및 상기 캐소드를 지지하는 하부 하우징을 포함하고, 상기 X선관은 상기 상부 하우징을 이동시켜 상기 캐소드와 상기 타겟을 정렬시키는 정렬유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 정렬유닛은, 상기 하부 하우징의 상단부에 형성되는 홀; 및 상기 홀에 끼워져서 상기 상부 하우징과 접촉하는 나사;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따는 X선 검사장치는, 전술한 바와 같은 특징을 갖는 X선관; 상기 X선관에서 발생되는 X선이 투과할 시편을 지지하는 검사대; 및 상기 시편을 투과한 X선의 영상을 검출하는 검출기;를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 X선관을 도시한 것;
도 2는 도 1의 도시된 X선관의 부분 단면도; 그리고
도 3은 도 1에 도시된 X선관이 적용된 X선 검사장치의 일 실시 예를 도시한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 X선관(100)을 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 X선관(100)의 부분 단면도이다.
도 1, 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 X선관(100)은 캐소드(110; cathode), 그리드(120; grid), 편향유닛(130; deflection unit), 콘덴서 렌즈(140), 대물렌즈(150), 타겟(160; target), 하우징(170), 정렬유닛(175; alignment unit), 진공유닛(180), 케이블 수용부(190)를 포함한다.
캐소드(110)는 전자를 방출하며, 캐소드(110)에서 방출된 전자는 전위차에 의해 타겟(160) 쪽으로 가속됨으로써 전자빔(electron beam)이 형성된다. 일반적으로 캐소드(110)는 열전자 방출 현상를 이용하여 전자를 방출한다. 예컨대, 텅스텐 재질의 필라멘트(미 도시)에 전력이 인가되어 필라멘트가 가열되면 전자가 방출된다. 그러나 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 전계 방출 현상을 이용하는 것과 같이 전자를 방출할 수 있는 다양한 장치가 캐소드(110) 역할을 할 수 있을 것이다.
그리드(120)는 캐소드(110) 위에 배치되며, 캐소드(110)에 방출된 전자를 1차로 집속시키며 관전류(tube current)를 제어한다.
편향유닛(130; deflection unit)은 그리드(120) 위에 배치되며, 전자빔을 편향시킨다. 편향유닛(130)에 의해 전자빔이 캐소드(110)에서 타겟(160) 쪽으로 향하도록 전자빔의 방향이 제어된다. 편향유닛(130)은 전자기 코일로 형성될 수 있다.
콘덴서 렌즈(140)는 편향유닛(130) 위에 배치되며 전자빔을 2차로 집속시킨다. 콘덴서 렌즈(140)는 전자기 코일로 형성될 수 있다.
대물 렌즈(150)는 콘덴서 렌즈(140) 위에 배치되며 전자빔을 타겟(160)에 포커싱한다. 그에 따라 전자빔의 초점이 타겟(160)에 형성된다. 초점의 크기가 작을 수록 더욱 선명한 화질을 얻을 수 있기 때문에, 타겟(160)에 형성되는 초점을 가능한 한 작게 유지하는 것이 바람직하다. 대물렌즈(150)는 전자기 코일로 형성될 수 있다.
타겟(160)은 대물 렌즈(150) 위에 배치된다. 캐소드(110)에서 방출된 전자는 최종적으로 타겟(160)에 충돌하여 X선이 발생한다. 이 경우, 전자의 에너지는 열 에너지와 X선으로 변환된다. 타겟(160)에서 발생된 X선은 X선 창(161)을 통하여 방사된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 X선관(100)은 X선이 타겟(160)을 투과하는 투과형 X선관이다. 그러나 본 발명은 X선이 타겟(160)을 투과하지 않는 반사형 X선관에도 동일하게 적용될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 타겟(160)을 냉각시킬 수 있는 냉각유닛(미 도시)이 설치될 수도 있다.
하우징(170)은 캐소드(110), 타겟(160)과 같이 내부에 설치된 장치를 지지하며, X선관(100)의 외관을 형성한다. 하우징(170)은 상부 하우징(170a), 하부 하우징(170b)을 포함한다. 상부 하우징(170a)은 통상적으로 원통형으로 형성되며, 편향유닛(130), 콘덴서 렌즈(140), 대물렌즈(150), 타겟(160)이 설치된다. 하부 하우징(170b)에는 캐소드(110), 그리드(120), 진공유닛(180), 케이블 수용부(190)가 설치된다.
힌지장치(171)에 의해 하우징(170) 내부가 개방될 수 있다. 하우징(170)이 개방되면 사용자는 하우징(170) 내부에 있는 부품들을 교체하거나 하우징(170) 내부를 청소할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 X선관(100)은 하우징(170) 내부가 개방될 수 있는 개방형 X선관이나, 본 발명은 하우징(170)이 개방되지 않는 밀폐형 X선관에도 동일하게 적용될 수 있음이 이해되어야 할 것이다.
정렬유닛(175)은 캐소드(110)와 타겟(160)을 정렬(align)시킨다. 기구적 공차가 발생하게 되면 캐소드(110)와 타겟(160)의 위치가 일직선상에 정렬되지 않아서 X선관(100)의 효율이 떨어지게 되는데, 정렬유닛(175)이 캐소드(100)와 타겟(160)을 정렬시켜서 이런 현상을 방지한다.
도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에서, 정렬유닛(175)은 홀(175a) 및 나사(175b)를 포함한다. 홀(175a)은 하부 하우징(170b)의 상단부에 형성된다. 나사(175b)는 홀(175a)에 끼워져서 상부 하우징(170a)의 하단부와 접촉한다. 나사(175b)를 조절함에 따라 상부 하우징(170a)이 이동하여 캐소드(110)와 타겟(160)이 정렬될 수 있다. 도 2를 기준으로 홀(175a)과 나사(175b)가 하부 하우징(170b) 좌우측에 있으며, 도 2의 지면방향 양측에 있는 홀(175a)과 나사(175b)는 도시되지 않았다. 즉, 도 2의 지면과 수직한 평면상에서 상부 하우징(170a)이 이동할 수 있다. 후술하는 바와 같이 케이블 수용부(190)가 하우징(170)의 길이방향(즉, 전자빔이 진행하는 방향)과 수직하게 설치되기 때문에, 정렬유닛(175)은 하부 하우징(170b)의 상단부에 형성되어 상부 하우징(170a)을 이동시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 홀(175a)과 나사(175b)는 단지 하나의 예시일 뿐이며, 상부 하우징(170a)을 이동시켜 캐소드(110)와 타겟(160)을 정렬시킬 수만 있다면 정렬유닛(175)은 다양하게 변형되어 실시될 수 있을 것이다.
진공유닛(180)은 하우징(170) 내부를 진공으로 유지한다. 하우징(170) 내부가 진공으로 유지됨으로써, 하우징(170) 내부에 형성되는 전자빔이 기체 입자와 충돌하여 X선 발생효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
케이블 수용부(190)는 전력 케이블(191)을 수용하여 캐소드(110)나 그리드(120) 등에 필요한 전력을 공급한다. 전력 케이블(191)은 외부의 전원에 연결되며, 전력 케이블(191)의 일단에는 플러그(192)가 형성된다. 케이블 수용부(190)의 개구(193)를 통하여 플러그(192)는 케이블 수용부(190)에 끼워진다.
도 1, 2에 도시된 바와 같이, 케이블 수용부(190)는 하우징(170)의 길이방향(즉, 전자빔이 진행하는 방향)과 수직하게 설치된다. 따라서 케이블 수용부(190)가 하우징(170)의 길이방향과 평행하게 설치되는 경우보다 X선관(100)의 높이를 상당히 줄일 수 있다. 이에 따라, X선관(100)이 설치되는 X선 검사장치의 전체적인 높이 역시 줄어들게 된다. 또한, X선 검사장치 내부에 X선 차폐를 위해 도포되는 납의 소모량을 줄어들어 제조비용을 줄일 수 있다.
X선 검사장치내의 다른 부품과의 간섭을 고려하여 도 1, 2에 도시된 실시 예와는 달리 케이블 수용부(190)가 하우징(170)의 길이방향과 45도 이상 135도 이하의 각도로 기울어지게 설치될 수도 있다. 이 경우 역시 케이블 수용부(190)가 하우징(170)의 길이방향과 평행하게 설치되는 경우보다 X선관(100)의 높이를 줄일 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 X선관(100)이 적용된 X선 검사장치(200)의 일 실시 예를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르는 X선 검사장치(200)는 X선관(100), 검사대(210), 검출기(220), 캐비넷(230)을 포함한다.
검사대(210)는 X선관(100)에서 발생되는 X선이 투과할 시편(201)을 지지한다. 시편(201)은 피과괴 검사의 피검사체 또는 배선상태를 검사를 위한 반도체 칩 등이 될 수 있다. 필요에 따라 검사대(210)는 시편(201)을 이동시키는 시편이동유닛(미 도시)을 포함할 수 있다.
검출기(220)는 시편(201)을 투과한 X선의 영상을 검출한다. X선은 물질의 조성, 두께, 밀도, 원자수 등에 따라 투과율이 달라지기 때문에, 검출기(220)가 검출한 영상을 분석하게 되면 시편(201)의 상태를 알 수 있다. 예컨대, 피과괴 검사의 경우 시편(201)에 있는 미세한 크랙을 검사할 수 있다. 또한 시편(201)이 반도체 칩인 경우, 반도체 칩의 배선상태를 검사할 수 있다.
캐비넷(230)은 내부에 있는 X선관(100), 검사대(210), 검출기(220) 등을 지지하며, X선 검사장치(200)의 외관을 형성한다. X선 차폐를 위하여 캐비넷(230)에는 납이 도포될 수 있다. 캐비넷(230) 내부의 모습을 도시하기 위하여 도 3에서는 캐비넷(230)을 개방하는 도어가 도시되지 않았음이 이해되어야 할 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 X선관(100)은 그 높이가 상당히 줄어들었기 때문에 X선 검사장치(200)의 크기 역시 줄어들 수 있으며, X선 차폐를 위해 캐비넷(230)에 도포되는 납의 양도 줄어들 수 있다.
통상적으로 X선관(100)은 캐비넷(230)의 하부에 설치되는데, 이 경우 케이블 수용부(190)가 하우징(170)의 길이방향과 평행하게 설치되면 사용자가 전력 케이블(191)의 플러그(192)를 케이블 수용부(190)에 삽입하는 것이 상당해 불편해 진다. 이는 케이블 수용부(190)가 아래쪽을 향하기 때문이다. 그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 케이블 수용부(190)는 하우징(170)의 길이방향과 수직하게 설치되는 본 발명의 일 실시 예에 있어서는 사용자가 보다 용이하게 전력 케이블(191)의 플러그(192)를 케이블 수용부(190)에 삽입할 수 있게 되어 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 3에서는 케이블 수용부(190)가 하우징(170)의 길이방향과 수직하게 설치되었으나, 앞서서 설명한 바와 같이 필요에 따라 케이블 수용부(190)는 하우징(170)의 길이방향과 45도 이상 135도 이하의 각도로 기울어지게 설치될 수도 있다. 이 경우 역시 X선 검사장치(200)의 크기를 줄일 수 있으며 사용자가 전력 케이블(191)의 플러그(192)를 케이블 수용부(190)에 용이하게 삽입할 수 있게 된다.
본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.
100; X선관 110; 캐소드
120; 그리드 130; 편향유닛
140; 콘덴서 렌즈 150; 대물 렌즈
160; 타겟 170; 하우징
175; 정렬유닛 180; 진공유닛
190; 케이블 수용부 200; X선 검사장치
210; 검사대 220; 검출기

Claims (7)

  1. 전자를 방출하는 캐소드(cathode);
    상기 캐소드에서 방출된 전자가 충돌하여 X선을 발생하는 타켓(target);
    상기 타겟을 지지하는 상부 하우징과, 상기 상부 하우징에 개폐가능하도록 힌지 연결되고 상기 캐소드를 지지하는 하부 하우징으로 이루어진 하우징;
    전력 케이블을 수용하여 상기 캐소드에 전력을 공급하기 위해 상기 하부 하우징의 일측에 설치되는 케이블 수용유닛; 및
    상기 X선관은 상기 상부 하우징을 이동시켜 상기 캐소드와 상기 타겟을 정렬시키기 위해, 상기 하부 하우징의 상단부에 형성되는 홀과, 상기 홀에 끼워져서 상기 상부 하우징과 접촉하며 상기 홀 내에서 정회전 및 역회전함에 따라 상기 상부 하우징을 지면과 수직한 평면상에서 이동시키는 나사를 구비한 정렬유닛을 포함하며,
    상기 케이블 수용유닛은 상기 하우징의 길이방향과 수직하게 설치되는 것을 특징으로 하는 X선관.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 위에 배치되며, 상기 캐소드에서 방출된 전자를 1차로 집속시키는 그리드;
    상기 그리드 위에 배치되며, 상기 캐소드에서 방출된 전자를 편향시키는 편향유닛;
    상기 편향유닛 위에 배치되며, 상기 캐소드에서 방출된 전자를 2차로 집속시키는 콘덴서 렌즈;
    상기 콘덴서 렌즈 위에 배치되며, 상기 캐소드에서 방출된 전자를 상기 타겟에 포커싱하는 대물렌즈; 및
    상기 하우징 내부를 진공으로 유지하는 진공유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X선관.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제4항에 따르는 X선관;
    상기 X선관에서 발생되는 X선이 투과할 시편을 지지하는 검사대; 및
    상기 시편을 투과한 X선의 영상을 검출하는 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 검사장치.
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