KR101909939B1 - 저에너지 엑스레이 저감을 위한 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템 - Google Patents
저에너지 엑스레이 저감을 위한 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
0.1~10KeV 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터가 개시된다. 상기 필터는 기 설정된 제1 재료를 포함하는 제1 계층; 및 기 설정된 제3 재료를 포함하며, 상기 제1 계층에 적층되는 제3 계층;을 포함하고, 상기 제1 계층은 원자번호 27~30번 및 73~79번에 해당하는 재료 중 하나를 포함하며, 상기 제3 계층은 원자번호 21~26번에 해당하는 재료 중 하나를 포함하고, 상기 엑스레이는 상기 제1 계층을 통과한 후 상기 제3 계층을 통과하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템에 관한 것이다.
생산된 제품의 이상 유무를 확인하기 위한 비파괴 검사 방법으로 엑스레이가 이용되고 있다. 엑스레이 시스템은 생산된 제품에 엑스레이를 투과시켜 내부 상태를 보여줌으로써 검사자는 제품을 파괴하지 않고도 내부 상태를 파악하고 이상 유무를 용이하게 판단할 수 있다. 예를 들어, 엑스레이 시스템을 이용하여 반도체 부품에 엑스레이를 투과시키는 경우 반도체 부품 내부의 회로 또는 구조에 대한 정보가 용이하게 획득될 수 있다.
엑스레이 시스템이 방출하는 엑스레이는 가시광선 파장의 약 1/1000에 해당하는 전자기파로서 엑스레이의 대부분은 물체를 통과한다. 그러나 일부 저에너지 영역대의 엑스레이의 일부분은 물체에 흡수될 수 있다. 반도체 부품과 같이 미세한 구조로 이루어지거나 작은 에너지에도 영향을 받을 수 있는 물체는 흡수된 엑스레이에 의해 손상될 수 있다. 따라서, 제품에 영향을 줄 수 있는 특정 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링 할 수 있는 기술에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 특정 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 목적은 엑스레이 시스템의 본래 기능에 영향을 적게 주는 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 두께가 얇은 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 특정 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터는 기 설정된 제1 재료를 포함하는 제1 계층 및 기 설정된 제3 재료를 포함하는 제3 계층을 포함하고, 상기 기 설정된 제1 재료 및 제3 재료는 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Al, Zr, Mo, Si, SiO2, Ge, GaAs, InP, InGaAs 또는 InGaAsP 재료 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 엑스레이는 상기 제1 계층을 통과한 후 상기 제3 계층을 통과한다.
그리고, 상기 필터는 상기 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함하는 경우, 상기 엑스레이가 제일 먼저 통과하는 상기 제1 계층에 상기 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 필터는 상기 Al, Si 또는 SiO2 재료를 포함하는 경우, 상기 엑스레이가 가장 늦게 통과하는 상기 제3 계층에 상기 Al, Si 또는 SiO2 재료가 포함될 수 있다.
또한, 상기 제1 계층 또는 상기 제3 계층 중 적어도 하나의 계층은 상기 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Al, Zr, Mo, Si 재료 중 적어도 두 가지 재료의 합금을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 계층은 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료 그룹 중 하나의 재료 및 Sc, Ti, V, Cr, Mn 또는 Fe 재료 그룹 중 하나의 재료를 합금한 합금 계층이고, 상기 제3 계층은 Al, Si 또는 SiO2 재료가 포함될 수 있다.
한편, 상기 필터는 기 설정된 제2 재료를 포함하는 제2 계층을 더 포함하고, 상기 제2 계층은 상기 제1 계층 및 상기 제3 계층 사이에 배치되며, 상기 기 설정된 제2 재료는 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Al, Zr, Mo, Si, SiO2, Ge, GaAs, InP, InGaAs 또는 InGaAsP 재료 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 엑스레이는 상기 제1 계층, 상기 제2 계층 및 상기 제3 계층을 순차적으로 통과할 수 있다.
그리고, 상기 필터는 상기 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe 또는 Co 재료를 포함하는 경우, 중간에 배치된 상기 제2 계층에 상기 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe 또는 Co 재료가 포함될 수 있다.
또한, 상기 제1 계층은 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함하고, 제3 계층은 Al, Si 또는 SiO2 재료를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 계층 및 상기 제3 계층은 테이핑, 본딩 또는 브레이징의 방식으로 적층될 수 있다.
그리고, 상기 필터는 상기 테이핑의 재료, 상기 본딩의 재료 또는 상기 브레이징을 위한 필러가 함께 필터링 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 필터는 0.01mm 이상 5mm 이하의 두께일 수 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스레이 튜브는 고전압에 의해 전자를 방출시키는 필라멘트, 상기 필라멘트로부터 방출된 전자가 충돌되어 엑스레이를 발생시키는 타겟 및 상기 타겟을 지지하고 상기 발생된 엑스레이 중 기 설정된 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터부를 포함하고, 상기 필터부는 기 설정된 제1 재료를 포함하는 제1 계층 및 기 설정된 제3 재료를 포함하는 제3 계층을 포함하고, 상기 기 설정된 제1 재료 및 제3 재료는 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Al, Zr, Mo, Si, SiO2, Ge, GaAs, InP, InGaAs 또는 InGaAsP 재료 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 엑스레이는 상기 제1 계층을 통과한 후 상기 제3 계층을 통과하는 필터를 포함한다.
그리고, 상기 필터부는 상기 타겟을 지지하는 지지체를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스레이 시스템은 엑스레이 튜브. 상기 엑스레이 튜브에 인접한 검출기 및 상기 엑스레이 튜브 및 상기 검출기 사이에 배치된 시편 거치대를 포함하고, 상기 엑스레이 튜브는 고전압에 의해 전자를 방출시키는 필라멘트, 상기 필라멘트로부터 방출된 전자가 충돌되어 엑스레이를 발생시키는 타겟 및 상기 타겟을 지지하고 상기 발생된 엑스레이 중 기 설정된 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터부를 포함하고, 상기 필터부는 설정된 제1 재료를 포함하는 제1 계층 및 기 설정된 제3 재료를 포함하는 제3 계층을 포함하고, 상기 기 설정된 제1 재료 및 제3 재료는 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Al, Zr, Mo, Si, SiO2, Ge, GaAs, InP, InGaAs 또는 InGaAsP 재료 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 엑스레이는 상기 제1 계층을 통과한 후 상기 제3 계층을 통과하는 필터를 포함한다.
그리고, 상기 필터부는 상기 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함하는 경우, 상기 엑스레이가 제일 먼저 통과하는 상기 제1 계층에 상기 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료가 포함될 수 있다.
또한, 상기 필터부는 상기 Al, Si 또는 SiO2 재료를 포함하는 경우, 상기 엑스레이가 가장 늦게 통과하는 상기 제3 계층에 상기 Al, Si 또는 SiO2 재료가 포함될 수 있다.
한편, 상기 필터부는 기 설정된 제2 재료를 포함하는 제2 계층을 더 포함하고, 상기 제2 계층은 상기 제1 계층 및 상기 제3 계층 사이에 배치되며, 상기 기 설정된 제2 재료는 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Al, Zr, Mo, Si, SiO2, Ge, GaAs, InP, InGaAs 또는 InGaAsP 재료 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 엑스레이는 상기 제1 계층, 상기 제2 계층 및 상기 제3 계층을 순차적으로 통과할 수 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시 예에 따른 엑스레이 시스템은 엑스레이 튜브, 상기 엑스레이 튜브에 인접한 검출기, 상기 엑스레이 튜브 및 상기 검출기 사이에 배치된 시편 거치대 및 상기 엑스레이 튜브 및 상기 시편 거치대 사이에 배치되어 엑스레이 중 기 설정된 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터부를 포함하고, 상기 필터부는 기 설정된 제1 재료를 포함하는 제1 계층 및 기 설정된 제3 재료를 포함하는 제3 계층을 포함하고, 상기 기 설정된 제1 재료 및 제3 재료는 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Al, Zr, Mo, Si, SiO2, Ge, GaAs, InP, InGaAs 또는 InGaAsP 재료 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 엑스레이는 상기 제1 계층을 통과한 후 상기 제3 계층을 통과하는 필터를 포함한다.
그리고, 상기 필터부는 상기 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함하는 경우, 상기 엑스레이가 제일 먼저 통과하는 상기 제1 계층에 상기 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 필터부는 상기 Al, Si 또는 SiO2 재료를 포함하는 경우, 상기 엑스레이가 가장 늦게 통과하는 상기 제3 계층에 상기 Al, Si 또는 SiO2 재료가 포함될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 저에너지 저감을 위한 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템은 엑스레이 시스템의 본래 기능에 적은 영향을 미치고, 특정 에너지 영역대의 엑스레이를 효과적으로 필터링할 수 있다. 또한, 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템은 상대적으로 적은 두께의 필터로 효과적인 필터링을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스레이 튜브의 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스레이 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 다른 엑스레이 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적층된 필터부를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부를 테스트한 결과를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 필터부를 테스트한 결과를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스레이 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 다른 엑스레이 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적층된 필터부를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부를 테스트한 결과를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 필터부를 테스트한 결과를 설명하는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시 예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스레이 튜브의 개념을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 엑스레이 튜브(100)는 필라멘트(110), 타겟(120) 및 필터부(130)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시 예는 필터부(130)가 엑스레이 튜브(100)에 포함된 실시 예이다.
필라멘트(110)는 고전압에 의해 전자를 방출시킨다. 필라멘트(110)에 고전압이 인가되면 필라멘트(110)의 전자의 수가 급격히 증가한다. 급격히 증가된 전자 중 일부는 일정 조건이 되면 필라멘트(110)로부터 방출된다. 필라멘트(110)는 진공챔버 내에 위치하고, 필라멘트(110)로부터 방출된 전자는 진공관 내에서 이동할 수 있다. 필라멘트(110)로부터 방출된 전자는 마그네틱 렌즈(미도시)에 의해 타겟(120)으로 향할 수 있다. 마그네틱 렌즈는 전자 빔의 초점을 맞추기 위한 자기장을 이용한 렌즈이다. 즉, 필라멘트(110)로부터 방출된 전자는 마그네틱 렌즈에 의해 타겟(120)에 충돌할 수 있다.
타겟(120)은 필라멘트(110)로부터 방출된 전자가 충돌되고 상호 작용에 의해 엑스레이를 발생시킨다. 타겟(120)은 전자의 충돌에 의한 열을 견딜 수 있는 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 타겟(120)은 텅스텐(W)으로 만들어질 수 있다. 타겟(120)에 충돌한 전자 중 일부는 엑스레이로 방출된다.
필터부(130)는 타겟을 지지하고 발생된 엑스레이 중 기 설정된 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링한다. 필터부(130)는 타겟(120)을 지지하는 지지체와 기 설정된 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 필터부(130)는 지지체와 필터가 적층되는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 지지체와 필터는 테이핑, 본딩 또는 브레이징(brazing) 방식으로 적층될 수 있다. 테이핑은 지지체와 필터를 외부로부터 또는 두 층의 사이에 테이프와 같은 접착 물질을 이용하여 적층하는 방식을 의미한다. 본딩은 지지체와 필터를 열, 초음파 등을 이용하여 압력을 가하여 접착시키는 방식을 의미한다. 브레이징은 지지체나 필터보다 저용융점을 가지는 재료를 접착제로 이용하여 접착제를 녹여서 지지체와 필터를 적층하는 방식을 의미한다. 또는, 필터부(130)는 지지체 상에 필터를 도포하는 방식으로 적층될 수도 있다. 예를 들어, 테이핑 재료는 카본, 금속(예, 동, 알루미늄) 등일 수 있고, 본드 재료는 아크릴, 실리콘 등일 수 있다. 그리고, 브레이징 필러(filler) 재료는 티타늄(타이타늄), 니켈 등일 수 있다. 테이핑의 재료, 본딩의 재료 또는 브레이징을 위한 필러의 재료는 상술한 필터 재료와 함께 필터링 기능을 수행할 수도 있다.
다른 실시 예로서, 필터부(130)는 필터만으로 구현되어 필터가 지지체의 역할을 수행할 수도 있다. 즉, 필터부(130)는 타겟을 지지하고 기 설정된 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터가 일체로 형성될 수 있다. 또는, 필터부(130)는 일정 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터가 타겟(120)을 지지하는 지지체의 역할도 함께 수행한다고 간주할 수도 있다. 필터부(130)가 필터만으로 구현되더라도 복수의 물질을 적층하여 필터로 사용될 수도 있다. 필터부(130)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
상술한 바와 같이, 필터부(130)는 발생된 엑스레이 중 일정 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링한다. 아래에서는 엑스레이 시스템의 구성 및 필터부(130)의 역할을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엑스레이 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 엑스레이 시스템(1000)은 엑스레이 튜브(100), 검출기(200) 및 시편 거치대(10)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 엑스레이 튜브(100)는 필라멘트(110), 타겟(120) 및 필터부(130)를 포함한다. 시편 거치대(10)는 엑스레이 튜브(100)와 검출기(200) 사이에 위치하여 검사를 수행할 물체를 고정할 수 있다. 시편 거치대(10)는 엑스레이가 투과되는 물질로 구현될 수 있다. 또한, 시편 거치대(10)는 물체의 거치를 편리하게 하고, 엑스레이의 도달 위치에 따라 물체의 위치를 조정할 수 있도록 이동 가능한 형태로 제작될 수 있다.
검출기(200)는 시편 거치대(10)를 중심으로 엑스레이 튜브(100)와 반대편에 위치한다. 검출기(200)는 엑스레이 튜브(100)로부터 발생되어 시편 거치대(10)와 물체를 투과한 엑스레이를 검출한다. 도 2에서는 도시하지 않았지만, 엑스레이 시스템(1000)은 검출기(200)에서 검출된 엑스레이 사진을 디스플레이하는 디스플레이(미도시), 엑스레이 시스템(100)의 각 구성을 제어하는 프로세서(미도시), 검출된 엑스레이 사진 또는 여러가지 데이터 등을 저장하는 스토리지(미도시) 등을 포함할 수 있다. 또한, 엑스레이 시스템(1000)은 엑스레이 튜브(100), 시편 거치대(10) 또는 검출기(200) 등을 이동시킬 수 있는 액츄에이터(미도시) 등을 더 포함할 수도 있다.
엑스레이 튜브(100)에서 방출되는 엑스레이의 파장은 약 0.01nm 에서 1100nm 사이일 수 있다. 그리고, 엑스레이의 에너지 강도는 약 0.1 KeV 에서 500KeV 사이일 수 있다. 엑스레이가 물체에 도달하면, 대부분 에너지 영역대의 엑스레이는 물체를 통과할 수 있다. 따라서, 검출기(200)는 물체를 통과한 엑스레이를 이용하여 물체 내부의 영상을 검출할 수 있다. 그러나, 에너지 강도가 약 0.1KeV 에서 10KeV 사이의 엑스레이는 물체에 흡수될 수 있다. 물체에 흡수되는 저에너지 영역대의 엑스레이는 물체를 이온화시키고 손상시킬 수 있다. 따라서, 엑스레이 튜브(100) 내에 포함된 필터부(130)는 저에너지 영역대의 엑스레이를 필터링함으로써 물체의 손상을 방지할 수 있다. 즉, 필터부(130)는 약 0.1KeV 에서 10KeV 사이의 에너지 영역대의 엑스레이를 흡수 또는 차폐함으로써 물체에 도달하는 저에너지 영역대의 엑스레이를 저감시킬 수 있다.
한편, 엑스레이의 배율은 엑스레이 튜브(100)에서 시편 거치대(10) 간의 거리 대비 엑스레이 튜브(100)에서 검출기(200) 간의 거리로 나타낼 수 있다. 만일, 필터부(130)가 엑스레이 튜브(100)와 시편 거치대(10) 사이에 배치되는 경우, 시편 거치대(10)와 엑스레이 튜브(100) 간의 간격을 줄이는데 제약이 따르기 때문에 고배율 영상을 획득하기 어렵다. 그리고, 필터부(130)가 엑스레이 튜브(100) 외부에 배치되는 경우, 필터부(130)를 고정할 별도의 장치가 필요하게 되므로 불편한 점이 존재한다. 또한, 필터부(130)가 엑스레이 튜브(130) 외부에 배치되는 경우, 물체를 저에너지 영역대의 엑스레이로부터 보호하기 위한 필터부(130)의 크기는 필터부(130)와 시편 거치대(10)와의 거리에 반비례할 수 있다. 즉, 필터부(130)가 시편 거치대(10)에 가까이 배치될 수록 필터부(130)의 크기도 커져야하는 불편함이 있다. 그러나, 필터부(130)가 엑스레이 튜브(100) 내부에 배치되는 경우 상술한 문제점이 모두 해결될 수 있다.
아래에서는 필터부(130)가 엑스레이 튜브(100) 외부에 배치된 실시 예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 다른 엑스레이 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 엑스레이 시스템(1000a)은 엑스레이 튜브(100), 검출기(200), 시편 거치대(10) 및 필터부(130)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 엑스레이 튜브(100)는 필라멘트(110), 타겟(120)을 포함한다. 시편 거치대(10)는 엑스레이 튜브(100)와 검출기(200) 사이에 위치하여 검사를 수행할 물체를 고정할 수 있다. 시편 거치대(10)는 엑스레이가 투과되는 물질로 구현될 수 있다. 또한, 시편 거치대(10)는 물체의 거치를 편리하게 하고, 엑스레이의 도달 위치에 따라 물체의 위치를 조정할 수 있도록 이동 가능한 형태로 제작될 수 있다.
검출기(200)는 시편 거치대(10)를 중심으로 엑스레이 튜브(100)와 반대편에 위치한다. 검출기(200)는 엑스레이 튜브(100)로부터 발생되어 시편 거치대(10)와 물체를 투과한 엑스레이를 검출한다.
필터부(130)는 저에너지 영역대의 엑스레이를 필터링함으로써 물체의 손상을 방지할 수 있다. 즉, 필터부(130)는 약 0.1KeV 에서 10KeV 사이의 에너지 영역대의 엑스레이를 흡수 또는 차폐함으로써 물체에 도달하는 저에너지 영역대의 엑스레이를 저감시킬 수 있다. 엑스레이 시스템(1000a)은 필터부(130)를 고정시키거나 이동시킬 수 있는 거치대(미도시) 또는 액츄에이터(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 필터부(130)의 특징은 상술한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상술한 다양한 실시 예에 따른 엑스레이 시스템은 제품을 검사하기 위해 산업용으로 사용될 수 있다. 또한, 엑스레이 시스템은 의료용으로 사용될 수도 있다. 엑스레이 시스템이 의료용으로 사용되는 경우, 시편거치대는 환자가 누울 수 있는 침대 또는 테이블로 치환될 수 있다.
아래에서는 필터부(130)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부를 설명하는 도면이다.
도 4(a)를 참조하면, 지지체(31)와 필터(32)를 포함하는 필터부(130a)가 도시되어 있다. 필터부(130a)는 타겟을 지지하는 지지체(31)와 기 설정된 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터(32)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 필터부(130a)는 지지체(31)와 필터(32)가 적층되는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 지지체(31)와 필터(32)는 테이핑, 본딩 또는 브레이징(brazing) 방식으로 적층될 수 있다. 또는, 필터부(130a)는 지지체(31) 상에 필터(32)를 도포하는 방식으로 적층될 수도 있다.
도 4(b)를 참조하면, 지지체와 필터가 일체로 형성된 필터부(130b)가 도시되어 있다. 필터부(130b)는 필터만으로 구현되어 필터가 지지체의 역할을 수행할 수도 있다. 즉, 필터부(130b)는 타겟을 지지하고 기 설정된 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터가 일체로 형성될 수 있다. 또는, 필터부(130b)는 일정 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터가 타겟을 지지하는 지지체의 역할도 함께 수행한다고 말할 수도 있다.
아래에서는 필터부의 재료 및 구조에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적층된 필터부를 설명하는 도면이다.
도 5에서는 필터 자체가 지지체 역할도 함께 수행하는 실시 예를 설명한다. 도 5에서 설명하는 필터에 지지체를 적층시키면 지지체와 필터가 별개로 존재하는 필터부가 구현될 수 있다.
도 5(a)를 참조하면, 세 개의 계층으로 적층된 필터부(130c)가 도시되어 있다. 일 실시 예로서, 세 개의 계층은 타겟에 인접한 제1 계층(131), 중간의 제2 계층(132) 및 타겟에서 가장 먼 제3 계층(133)을 포함할 수 있다. 즉, 타겟에서 발생된 엑스레이는 필터부(130c)의 제1 계층(131), 제2 계층(132) 및 제3 계층(133)을 순차적으로 통과하여 물체로 향할 수 있다. 또는, 필터부(130c)가 엑스레이 튜브와 시편 거치대 사이에 배치되는 경우, 세 개의 계층은 엑스레이 튜브에 인접한 제1 계층(131), 중간의 제2 계층, 엑스레이 튜브에서 가장 먼 제3 계층(133)이라고 칭할 수도 있다.
필터부(130c)는 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Al, Zr, Mo, Si, SiO2, Ge, GaAs, InP, InGaAs 또는 InGaAsP 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 필터부(130c)가 하나의 계층으로 형성되는 경우, W 재료만으로 필터부(130c)가 구현될 수 있다. 필터부(130c)가 두 개의 계층으로 형성되는 경우, W와 Si 재료를 적층하여 필터부(130c)가 구현될 수 있다. 필터부(130c)가 세 개의 계층으로 형성되는 경우, W, V, Si 재료를 적층하여 필터부(130c)가 구현될 수 있다. 상술한 예는 일 실시 예이며 다양한 재료를 이용하여 필터부(130c)가 구현될 수 있다.
한편, 일 실시 예로서, 필터부(130c)가 , Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함하는 경우, , Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료는 복수의 계층 중 타겟에 인접한 제1 계층(131)에 배치될 수 있다. 즉, 필터부(130c)가 , Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함하는 경우, 필터부(130c)의 복수의 계층 중 제1 계층(131)은 , Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료 를 포함할 수 있다. 그리고, 필터부(130c)가 Al, Si 또는 SiO2 재료를 포함하는 경우, Al, Si 또는 SiO2 재료는 복수의 계층 중 타겟에 가장 먼 제3 계층(133)에 배치될 수 있다. 즉, 필터부(130c)가 Al, Si 또는 SiO2 재료를 포함하는 경우, 필터부(130c)의 복수의 계층 중 제3 계층(133)은 Al, Si 또는 SiO2 재료를 포함할 수 있다. 또한, 필터부(130c)가 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe 또는 Co 재료를 포함하는 경우, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe 또는 Co 재료는 복수의 계층 중 중간인 제2 계층(132)에 배치될 수 있다. 즉, 필터부(130c)가 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe 또는 Co 재료를 포함하는 경우, 필터부(130c)의 제2 계층(132)은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe 또는 Co 재료를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 예는 일 실시 예이며, 다양한 방식으로 필터부(130c)가 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 계층(131)은 원자번호 27-30, 73-79에 해당하는 원소를 포함할 수 있다. 즉, 제1 계층(131)은 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함할 수 있다. 제2 계층(132)은 원자번호 21-26에 해당하는 원소를 포함할 수 있다. 즉, 제2 계층(132)은 Sc, Ti, V, Cr, Mn 또는 Fe 재료를 포함할 수 있다. 제3 계층(133)은 원자번호 13-14에 해당하는 원소 또는 SiO2를 포함할 수 있다. 즉, 제3 계층(133)은 Al, Si 또는 SiO2 재료를 포함할 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 두 개의 계층으로 적층된 필터부(130d)가 도시되어 있다.
일 실시 예로서, 두 개의 계층은 타겟에 인접한 제1 계층(136), 타겟과 떨어진 제3 계층(137)을 포함할 수 있다. 즉, 타겟에서 발생된 엑스레이는 필터부(130d)의 제1 계층(136) 및 제3 계층(137)을 순차적으로 통과하여 물체로 향할 수 있다. 또는, 필터부(130d)가 엑스레이 튜브와 시편 거치대 사이에 배치되는 경우, 두 개의 계층은 엑스레이 튜브에 인접한 제1 계층(136), 엑스레이 튜브에서 가장 먼 제3 계층(137)이라고 칭할 수도 있다.
상술한 바와 유사하게, 필터부(130d)는 여러가지 원소들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 계층(136)은 원자 번호 27-30, 73-79에 해당하는 원소인 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함할 수 있고, 제3 계층(137)은 원자 번호 21-26에 해당하는 원소인 Sc, Ti, V, Cr, Mn 또는 Fe 재료를 포함할 수 있다. 또는, 제1 계층(136)은 원자 번호 27-30, 73-79에 해당하는 원소인 Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au 재료를 포함할 수 있고, 제3 계층(137)은 원자 번호 21-26에 해당하는 원소인 Sc, Ti, V, Cr, Mn 또는 Fe 재료를 포함할 수 있다. 또는, 제1 계층(136)은 원자 번호 21-26에 해당하는 원소인 Sc, Ti, V, Cr, Mn 또는 Fe 재료를 포함할 수 있고, 제3 계층(137)은 원자 번호 13-14에 해당하는 원소인 Al, Si이나 SiO2 재료를 포함할 수 있다.
또한 일 실시 예로서, 제1 계층(136)은 원자번호 27-30, 73-79에 해당하는 원소(Co, Ni, Cu, Zn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt 또는 Au)와 원자번호 21-26에 해당하는 원소(Sc, Ti, V, Cr, Mn 또는 Fe)를 하나의 재료로 합금하여 구현될 수 있다. 그리고, 제3 계층(137)은 원자 번호 13-14에 해당하는 원소인 Al, Si이나 SiO2 재료를 포함할 수 있다.
즉, 필터부는 적어도 두 가지 재료를 순차적으로 적층하거나 적어도 두 가지 재료의 합금을 포함하는 계층을 포함할 수 있다. 그리고, 필터부의 각 계층은 테이핑, 본딩 또는 브레이징(brazing) 방식으로 적층될 수 있다. 상술한 바와 같이, 테이핑 재료는 카본, 금속(예, 동, 알루미늄) 등일 수 있고, 본드 재료는 아크릴, 실리콘 등일 수 있다. 그리고, 브레이징 필러(filler) 재료는 티타늄(타이타늄), 니켈 등일 수 있다. 테이핑의 재료, 본딩의 재료 또는 브레이징을 위한 필러의 재료는 상술한 필터 재료와 함께 필터링 기능을 수행할 수도 있다.
도 5에서는 세 개 또는 두 개의 계층으로 적층된 필터부를 도시하였으나, 필터부는 하나의 계층으로 형성될 수도 있고, 두 개 이상 복수의 계층으로 형성될 수도 있다. 한편, 필터부는 0.01mm에서 5mm 사이의 두께로 생성될 수 있다.
지금까지 설명한 다양한 실시 예에 따른 필터부는 기존 필터와 유사한 두께에서도 월등한 효과를 나타낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부를 테스트한 결과를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 기존 필터와 일 실시 예에 따른 필터를 비교한 테스트 결과가 도시되어 있다. 도 6(a)에 따르면, 기존에 사용 중인 필터를 테스트한 결과가 도시되어 있다. 기존의 필터는 Si 계층 및 Zn 계층을 포함한다. 에너지 스펙트럼을 보면, 10KeV 이하의 저에너지 영역대에서 피크 지점이 나타날 수 있고, 저에너지 영역대의 엑스레이 플럭스는 1×104 #/cm2 이상으로 나타난다. 즉, 저에너지 영역대에서 충분한 엑스레이의 필터링 효과가 없다. 도 6(a)의 기존 필터를 기준 필터로 하는 경우, 일 실시 예에 따른 필터의 테스트 결과가 도 6(c)에 도시되어 있다.
도 6(c)에 따르면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터를 테스트한 결과가 도시되어 있다. 일 실시 예에 따른 필터는 순차적으로 타겟에 인접한 계층부터 W 계층, V 계층 및 Si 계층을 포함한다. 에너지 스펙트럼을 보면, 10KeV 이하의 저에너지 영역대에서 피크 지점이 나타나지 않으며, 저에너지 영역대의 엑스레이 플럭스는 1×104 #/cm2 미만으로 나타난다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터는 10KeV 이하의 저에너지 영역대의 엑스레이 양을 상당히 억제하고 있다. 또한, 도 6(a)의 기존 필터와 상대적인 비교를 할 때, 필터 두께는 기존 필터 두께와 거의 비슷하고, 데미지 감쇄율은 5,4배이므로 일 실시 예에 따른 필터의 필터링 효과도 도 6(a)의 기존 필터보다 탁월하다. 다만, 선량(dose) 감쇄율이 약 2배이고, 영상 밝기가 약 0.6배이므로 일 실시 예에 따른 필터가 도 6(a)의 기존 필터보다 다소 어둡다.
그러나, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 도 6(a)의 기존 필터는 저에너지 영역대 엑스레이의 필터링 효과가 낮다. 따라서, 기존 필터 재료를 이용하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터와 유사한 필터링 효과를 내는 필터의 테스트 결과가 도 6(b)에 도시되어 있다.
도 6(b)에 따르면, 도 6(c)와 유사한 필터링 효과를 나타내는 제2 기존 필터를 테스트한 테스트 결과가 도시되어 있다. 도 6(b)의 제2 기존 필터는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터의 데미지 감쇄율과 유사한 데미지 감쇄율을 나타낸다. 그러나, 도 6(b)의 제2 기존 필터는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터에 비해 2배 이상 두꺼우며, 선량 감쇄율이나 영상 밝기면에서도 불리하다.
즉, 도 6(c)의 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터는 상대적으로 얇은 두께로 저에너지 영역대의 엑스레이에 대한 탁월한 필터링 효과를 나타낸다. 필터의 두께가 얇을수록 고배율 영상이 획득될 수 있으므로 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터는 상대적으로 고배율 영상을 얻을 수 있다. 또한, 도 6(b)의 결과와 비교해 볼 때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터는 상대적으로 많은 선량을 가지고도 더 높은 데미지 감쇄율을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터가 장착된 엑스레이 시스템은 저에너지 영역대의 엑스레이는 더 많이 차폐시키고 더 밝은 영상을 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 필터부를 테스트한 결과를 설명하는 도면이다.
도 7에 따르면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 필터를 테스트한 결과가 도시되어 있다. 일 실시 예에 따른 필터는 순차적으로 타겟에 인접한 계층부터 W와 V의 합금 계층 및 Si 계층을 포함한다. 에너지 스펙트럼을 보면, 저에너지 영역대의 엑스레이 플럭스는 1×104 #/cm2 미만으로 나타난다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터는 10KeV 이하의 저에너지 영역대의 엑스레이 양을 상당히 억제하고 있다. 또한, 도 6(a)의 기존 필터와 상대적인 비교를 할 때, 필터 두께는 거의 비슷하다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터는 상대적으로 고배율 영상을 얻을 수 있다.
한편, 도 6(c)의 테스트 결과와 비교해 볼 때, 합금의 재료는 W와 V으로 도 6(c)의 필터 재료와 동일하고, 에너지 스펙트럼도 도 6(c)의 에너지 스펙트럼과 동일하므로 도 6(c)와 유사한 효과를 기대할 수 있다.
1000: 엑스레이 시스템 10: 시편 거치대
100: 엑스레이 튜브 200: 검출기
110: 필라멘트
120: 타겟 130: 필터부
100: 엑스레이 튜브 200: 검출기
110: 필라멘트
120: 타겟 130: 필터부
Claims (15)
- 0.1~10KeV 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터에 있어서,
기 설정된 제1 재료를 포함하는 제1 계층; 및
기 설정된 제3 재료를 포함하며, 상기 제1 계층에 적층되는 제3 계층;을 포함하고,
상기 제1 계층은 원자번호 27~30번 및 73~79번에 해당하는 재료 중 하나를 포함하며,
상기 제3 계층은 원자번호 21~26번에 해당하는 재료 중 하나를 포함하고,
상기 엑스레이는 상기 제1 계층을 통과한 후 상기 제3 계층을 통과하는, 필터. - 제1항에 있어서,
상기 제1 계층은 원자번호 27~30번 및 73~79번에 해당하는 재료 중 선택된 것 외에 적어도 하나를 더 포함하는 합금인, 필터. - 제1항에 있어서,
상기 제3 계층은 원자번호 21~26번에 해당하는 재료 중 선택된 것 외에 적어도 하나를 더 포함하는 합금인, 필터. - 제1항에 있어서,
상기 제1 계층과 상기 제3 계층은 테이핑, 본딩 또는 브레이징의 방식 중 어느 하나의 방식으로 적층되는, 필터. - 제4항에 있어서,
상기 테이핑을 위한 테이프 재료, 상기 본딩을 위한 본딩 재료 또는 상기 브레이징을 위한 필러가 필터링 기능을 수행하는 물질로 이루어지는, 필터. - 0.1~10KeV 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터에 있어서,
기 설정된 제1 재료를 포함하는 제1 계층; 및
기 설정된 제3 재료를 포함하며, 상기 제1 계층에 적층되는 제3 계층;을 포함하고,
상기 제1 계층은 원자번호 21~26번에 해당하는 재료 중 하나를 포함하며,
상기 제3 계층은 원자번호 13~14번에 해당하는 재료와 SiO2 중 하나를 포함하고,
상기 엑스레이는 상기 제1 계층을 통과한 후 상기 제3 계층을 통과하는, 필터. - 0.1~10KeV 에너지 영역대의 엑스레이를 필터링하는 필터에 있어서,
기 설정된 제1 재료를 포함하는 제1 계층;
기 설정된 제2 재료를 포함하며, 상기 제1 계층에 적층되는 제2 계층; 및
기 설정된 제3 재료를 포함하며, 상기 제2 계층에 적층되는 제3 계층;을 포함하고,
상기 제1 계층은 원자번호 27~30번 및 73~79번에 해당하는 재료 중 하나를 포함하며,
상기 제2 계층은 원자번호 21~26번에 해당하는 재료 중 하나를 포함하며,
상기 제3 계층은 원자번호 13~14번에 해당하는 재료와 SiO2 중 하나를 포함하고,
상기 엑스레이는 상기 제1 계층부터 상기 제3 계층까지 순차적으로 통과하는, 필터. - 제7항에 있어서,
상기 제1 계층은 원자번호 27~30번 및 73~79번에 해당하는 재료 중 선택된 것 외에 적어도 하나를 더 포함하는 합금인, 필터. - 제7항에 있어서,
상기 제2 계층은 원자번호 21~26번에 해당하는 재료 중 선택된 것 외에 적어도 하나를 더 포함하는 합금인, 필터. - 제7항에 있어서,
상기 제3 계층은 원자번호 13~14번에 해당하는 재료와 SiO2 중 선택된 것 외에 적어도 하나를 더 포함하는 합금인, 필터. - 제7항에 있어서
상기 제1 및 제2 계층과, 상기 제2 및 제3 계층은 각각 테이핑, 본딩 또는 브레이징의 방식 중 어느 하나의 방식으로 적층되는, 필터. - 제11항에 있어서
상기 테이핑을 위한 테이프 재료, 상기 본딩을 위한 본딩 재료 또는 상기 브레이징을 위한 필러가 필터링 기능을 수행하는 물질로 이루어지는, 필터. - 고전압에 의해 전자를 방출시키는 필라멘트;
상기 필라멘트로부터 발출된 전자가 충돌되어 엑스레이를 발생시키는 타겟; 및
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 필터;를 포함하는, 엑스레이 튜브. - 제13항에 있어서,
상기 필터는 상기 타겟을 지지하는 지지체를 더 포함하며,
상기 지지체는 테이핑, 본딩, 브레이징 중 어느 하나의 방식으로 상기 필터에 적층되는, 엑스레이 튜브. - 제13항에 기재된 엑스레이 튜브;
상기 엑스레이 튜브에 인접한 검출기; 및
상기 엑스레이 튜브와 상기 검출기 사이에 위치하는 시편 거치대;를 포함하는, 엑스레이 시스템.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180104382A KR101909939B1 (ko) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 저에너지 엑스레이 저감을 위한 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180104382A KR101909939B1 (ko) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 저에너지 엑스레이 저감을 위한 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템 |
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|---|---|---|---|
| KR1020160148155A Division KR20180051175A (ko) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | 저에너지 엑스레이 저감을 위한 필터, 이를 포함하는 엑스레이 튜브 및 엑스레이 시스템 |
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ID=63596355
Family Applications (1)
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Families Citing this family (1)
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Citations (1)
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| JP2001190531A (ja) * | 1999-11-01 | 2001-07-17 | General Electric Co <Ge> | Ｘ線撮影用放射線フィルタを含む撮影システム |
-
2018
- 2018-09-03 KR KR1020180104382A patent/KR101909939B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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| JP2001190531A (ja) * | 1999-11-01 | 2001-07-17 | General Electric Co <Ge> | Ｘ線撮影用放射線フィルタを含む撮影システム |
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