KR102138020B1 - 연엑스선 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연엑스선 튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 공정이나 LED 및 OLED 디스플레이 공정 등에서 주위에 존재하는 정전기를 제거하기 위한 제전장치에 사용되는 연엑스선을 발생시키는 연엑스선 튜브에 관한 것이다.
본 발명에 따른, 연엑스선을 발생시키는 연엑스선 튜브는 원통형의 연엑스선 튜브 몸체(12), 상기 연엑스선 튜브 몸체의 하부에 결합되는 스탬(14), 상기 스템에 수직방향으로 고정되는 집속관 연결용 도전 와이어(18), 상기 스템에 수직방향으로 고정되는 필라멘트 연결용 도전 와이어(20), 상기 필라멘트 연결용 도전 와이어에 연결됨과 동시에 지지되어, 전자를 방출하는 필라멘트(30), 상기 집속관 연결용 도전 와이어(18)와 연결됨과 동시에 지지되며, 상기 필라멘트에서 발생된 전자를 집속하는 집속관(26), 상기 필라멘트에서 발생된 전자가 충돌하여 X선을 발생하도록 내면에 타겟물질이 도포되어 있으며, 발생된 X선이 방출되는 베릴륨(40)을 포함하되, 상기 필라멘트는 보다 많은 전자를 발생시킬 수 있도록 링(Ring) 형상의 코일 필라멘트이다.

Description

연엑스선 튜브{Soft X-ray tube}

본 발명은 연엑스선 튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 공정이나 LED 및 OLED 디스플레이 공정 등에서 주위에 존재하는 정전기를 제거하기 위한 제전장치에 사용되는 연엑스선을 발생시키는 연엑스선 튜브에 관한 것이다.

일반적으로 X선은 가시광선 파장의 약 1/1000에 해당하는 전자기파로서, 전자가 핵과 충돌할때 빠른 감속에 의해 생기거나 원자내의 깊은 곳의 빈 궤도가 전자를 포획할 때 발생한다. X선은 일반적으로 물질 투과성에 따라 연엑스선(연X선)과 경엑스선(경X선)으로 구분되는 데, 얇은 공기 층에 의해서도 쉽게 흡수되는 투과성이 낮은 방사선을 연엑스선이라고 하고, 륀트겐 등에 사용되는 투과성이 높은 방사선을 경엑스선이라 한다.

연엑스선의 에너지는 경엑스선에 비하여 수십분의 1 정도로 낮고 직접조사에 의한 영향 또한 훨씬 적다. 연엑스선은 파장은 1 ~ 1000Å이며, 에너지는 1~10keV 정도로서 성분 분석용 또는 정전기 제거용으로 널리 사용되고 있으며, 경엑스선은 파장은 0.01~1Å, 에너지는 10~1000keV로 의료용 엑스레이 등의 의료용이나 공업용으로 널리 사용된다.

현재, 낮은 에너지의 연엑스선은 제전장치에 널리 사용되는 데, 산업의 고도화로 각종 전자부품의 수요가 기하급수적으로 증가하고 있으며, 정전기 방전에 의한 시스템 및 전자 부품 소자의 파괴현상 등의 재해 방지에 관한 중요성이 증가하고 있다. 최근 이러한 정전기 방전에 의한 폐해를 방지하기 위해 정전기 방전 억제 및 예측 기술 등의 개발요구가 증가하고 있으며, 산업적인 파급효과가 매우 큰 기술로 평가받고 있다.

반도체 공정, LCD 공정, OLED 공정과 같은 디스플레이 공정은 정전기를 제거하는 공정이 필수적이어서 연엑스선을 이용한 제전방식이 널리 사용되고 있다. 연엑스선 발생장치, 즉 연엑스선을 이용한 제전장치는 정전기 방전을 방지하기 위해서 사용되는 제전장치로서 발생된 연엑스선의 조사로 양과 음의 가스 이온이 발생되어 대전된 물체를 중화시켜 정전기를 제거하게 된다.

최근 반도체 공정이 초미세화 되고, LED 유리 기판 사이즈의 대형화 등 제전 대상물의 면적이 커지고 있음으로, 보다 많은 열전자를 발생시켜 연엑스선 밀도를 높이고, 연엑스선의 효율을 향상시킬 필요가 대두되고 있다.

한국특허번호 제10-1586342호(2016.01.12일 등록)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 보다 많은 열전자를 발생시켜 연엑스선 밀도를 높이고 이에 따라 연엑스선의 효율을 향상시킨, 연엑스선 튜브를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른, 연엑스선을 발생시키는 연엑스선 튜브는 원통형의 연엑스선 튜브 몸체(12), 상기 연엑스선 튜브 몸체의 하부에 결합되는 스탬(14), 상기 스템에 수직방향으로 고정되는 집속관 연결용 도전 와이어(18), 상기 스템에 수직방향으로 고정되는 필라멘트 연결용 도전 와이어(20), 상기 필라멘트 연결용 도전 와이어에 연결됨과 동시에 지지되어, 전자를 방출하는 필라멘트(30), 상기 집속관 연결용 도전 와이어(18)와 연결됨과 동시에 지지되며, 상기 필라멘트에서 발생된 전자를 집속하는 집속관(26), 상기 필라멘트에서 발생된 전자가 충돌하여 X선을 발생하도록 내면에 타겟물질이 도포되어 있으며, 발생된 X선이 방출되는 베릴륨(40)을 포함하되, 상기 필라멘트는 코일형상의 코일 필라멘트이다.

바람직한 실시예에 따르면, 보다 많은 전자를 발생시킬 수 있도록, 상기 필라멘트는 폐루프 형상의 코일 필라멘트이다. 보다 바람직하게는 링(Ring) 형상의 코일 필라멘트이다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 연엑스선 튜브는 열전자를 방출하는 필라멘트 구조를 개선하여 열전자의 발출량을 증대시키고 이에 따라 연엑스선 밀도를 증대시키고 연엑스선의 발생량을 증대시킴으로써, 연엑스선 튜브의 성능효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 연엑스선 튜브는 정전기를 제거/방지하는 제전장치에 사용됨으로, 본 발명의 필라멘트 구조가 개선된 연엑스선 튜브를 사용함으로써, 정전기의 제거효율이 높은 제전장치를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연엑스선 튜브의 부분적으로 분리 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연엑스선 튜브의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연엑스선 튜브의 필라멘트 구조를 도시하는 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연엑스선 튜브의 부분적으로 분리 사시도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연엑스선 튜브의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 연엑스선 튜브의 필라멘트 구조를 도시하는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 연엑스선 튜브(10)는 연엑스선 튜브 몸체(12), 2개의 집속관 연결용 도전 와이어(18)와 2개의 필라멘트 연결용 도전 와이어(20)에 수직방향으로 설치되는 스탬(stem, 14), 고전원이 인가되어 열전자를 발생시키는 필라멘트(30), 필라멘트에서 발생된 열전자를 집속하여 베릴륨 창으로 조사되도록 가이드하는 집속관(26), 열전자와의 충돌에 의해 발생된 X선이 조사되는 베릴륨 창(40)등으로 이루어진다.

연엑스선 튜브 몸체(12)는 연엑스선 튜브의 몸체를 이루는 부분으로 내부의 구성요소를 감싸는 부분으로서, 유리 또는 세라믹 재질이 사용된다.

연엑스선 튜브 몸체를 기준으로 하부측에는 전원이 공급되는 부분이 형성되며, 중앙 내부에는 열전자가 발생되는 부분이 형성되고, 상부측에는 조사된 열전자에 의해 X선이 발생되어 베릴륨 창으로 조사되는 X선 조사부가 형성된다.

스탬(stem, 14)는 연엑스선 튜브 몸체의 하단부에 형성되는 부분으로서, 재질은 유리 또는 세라믹 재질이 사용된다. 스탬(14)에는 다수개(4개)의 도전와이어가 수직방향으로 설치되어 있는 데, 집속관 연결용 도전 와이어(18) 2개, 필라멘트 연결용 도전 와이어(20) 2개, 총 4개의 도전 와이어가 연결된다. 도전 와이어는 전기가 잘 흐르는 재질로 코바, 구리 등이다. 코바(kovar)는 유리와 열팽창 계수를 같게 만든, 철, 니켈, 코발트의 합금이다. 보다 바람직하게는 코바가 사용된다.

집속관 도전 와이어(18)는 연엑스선 튜브 외부의 전원공급기(도시되지 않음)로부터 전원을 집속관에 연결 인가하는 부분이다. 필라멘트 연결용 도전 와이어(20) 역시 외부의 전원공급기로부터 고전압의 전원을 인가하여 열전자를 발생시키는 필라멘트(30)로 연결하는 부분이다.

스탬의 하부에 형성되는 배기관(16)은 연엑스선 튜브의 제조시에 튜브 내부에 존재하는 기체를 배기하는 부분이다. 연엑스선 튜브를 제조한 후, 외부의 진공펌프와 연결하여 배기관을 통해 연엑스선 튜브 내부의 기체를 배기하여 연엑스선 튜브 내부를 진공상태로 만든다. 스탬의 재질이 세라믹인 경우에는 외부의 타 장치를 이용하여 연엑스선 튜브를 진공화 시킴으로 별도의 배기관이 필요없으며, 스탬의 재질인 유리인 경우에 배기관이 필요하다.

집속관(26)은 필라멘트에서 발생된 열전자를 집속하여 베릴륨 창으로 조사되도록 가이드 하는 부분으로서, 속이 빈 원통형 형상으로 형성된다. 속이 빈 원통형의 집속관(26) 내에는 열전자를 방출하는 필라멘트(30)가 형성되는 데, 집속관은 필라멘트를 에워싸서, 발생된 열전자가 옆으로 벗어나지 않아 베릴륨 창으로 이동하도록 가이드 한다. 집속관은 일반적으로 캐소드 관이라도 한다. 집속관(26)은 외부의 고전압발생기로부터 약 -11kV의 전압이 인가된다. 집속관(26)은 스탬(14)에 수직으로 형성된 집속관 연결용 도전 와이어를 통해 고전압의 전원을 공급받음과 동시에, 집속관 연결용 도전와이어에 의해 연엑스선 튜브 지지된다. 집속관(26)이 필라멘트와의 일정한 거리를 유지하면서 집속관의 역할을 하기 위해서는 안정적으로 그 형태를 유지하여야 하는 데, 이를 위한 다소 단단한 집속관 연결용 도전 와이어가 사용된다. 즉, 집속관은 집속관을 중심으로 전후로 대응되게 설치된 한쌍의 집속관 연결용 도전 와이어에 의해 보다 안정적으로 지지된다.

도시되지는 않았으나, 필요에 따라서는 연엑스선 튜브 몸체와의 일정한 거리를 유지하기 위해서 핀 스프링 타입의 가이드 스프링이 집속관(26)의 외부에 부착될 수 있다. 즉, 일측은 원통형의 집속관 외부에 고정부착되고, 타측은 연엑스선 튜브 몸체에 고정되지는 않으나 탄성에 의해 밀착된 핀 스프링 타입의 가이드 스프링을 형성하여, 집속관과 연엑스선 튜브 몸체가 일정한 거리를 유지할 수 있도록 구성할 수 있다.

집속관의 측면에는 게터(getter, 24)가 형성된다. 게터는 집속관(26)에 결합된 사각형의 게터 지지판(22) 내에 형성된다. 게터(24)는 연엑스선 튜브 내부의 진공상태를 계속적으로 유지하기 위한 것이다. 연엑스선 튜브 내에 잔존하는 기체를 흡착시켜 연엑스선 튜브 내의 진공도를 높이게 된다.

집속관(26)의 내부에는 필라멘트(30)가 위치한다. 필라멘트 연결용 도전 와이어(20)는 지지와이어(32)를 매개로 하여 필라멘트(30)와 연결된다. 즉, 필라멘트 연결용 도전 와이어(22)는 보다 가는 지지와이어와 연결되며, 지지와이어(32)는 필라멘트(30)를 지지함과 동시에, 필라멘트 연결용 도전 와이어(22)에서 전달되는 고전압의 전원을 필라멘트에 인가한다. 다시 말해, 필라멘트는 필라멘트를 중심으로 좌우로 대응되게 설치된 한쌍의 필라멘트 연결용 도전 와이어에 의해 보다 안정적으로 지지된다.

필라멘트(30)는 고전압을 인가받아 열전자를 발생시키는 부분이다. 일반적으로 재질은 텅스텐이다. 텅스턴 필라멘트에서 방출된 전자는 높은 진공관 내에서 집속관을 통해 집속된 후, 베릴륨 창의 타깃물질과 충돌하여, X선을 발생시키게 된다.

본 발명에서는 폐루프(closed loop)형상의 코일 필라멘트가 사용된다. 즉, 필라멘트 코일이 폐루프를 이루는 연결된 형태이다. 바람직하게는 필라멘트의 링(Ring)형상의 코일 필라멘트가 사용된다. 원형 링(ring) 형상 이외에 사각, 삼각 등의 폐루프 형상도 가능하다 할 것이다.

도 3에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연엑스선 튜브의 필라멘트 구조를 보다 구체적으로 도시한다.

일반적으로는 일자형 필라멘트 또는 십(+)자형의 코일 필라멘트이 사용되어 왔으나, 엑스선의 발생효율을 높이기 위해서는 필라멘트 구조를 개선할 필요가 있어왔다. 종래의 기술로 언급된 한국특허번호 제10-1586342호(2016.01.12일 등록)(제전범위 및 방열기능이 향상된 연엑스선 발생장치)에서도 필라멘트의 구조를 일자형 코일 필라멘트에서 십(+)자형 코일 필라멘트로 변경하여 엑스선 발생효율을 높이고자 하였다.

본 발명에서는 필라멘트의 구조를 일자형 필라멘트 또는 십(+)자형의 코일 필라멘트 대신에, 폐루프(closed loop) 형상을 지니는 데, 특히 링(Ring) 형상이 바람직하다, 즉 원형 형상의 코일 필라멘트를 사용하여, 종래의 이러한 요구를 개선하였다. 즉, 본 발명에서는 폐루프 형상(바람직하게는 링 형상)의 코일 필라멘트를 사용함으로써, 일자형이나 십자형 코일 필라멘트에 비하여 필라멘트의 총 길이가 증대함으로, 필라멘트에서 발생된는 열전자의 량을 획기적으로 늘릴 수 있게 된다. 따라서, 고전압이 인가된 필라멘트로부터 보다 많은 전자가 발생되도록 하여 연엑스선 밀도를 높이고 연엑스선의 발생량을 증대시킬 수 있으며, 최종적으로 연엑스선 튜브의 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

베릴륨 창(Be window, 40)은 필라멘트에서 발생되어 조사된 열전자가 충돌하여 엑스선을 발생시키는 타깃물질이 내면에 도포되어 있는 베릴륨(Be) 재질의 윈도우(window)으로서, 발생된 엑스선이 투과하여 조사되는 부분이다.

타깃물질은 일반적으로 박막형태로서, 필라멘트에서 발생된 열전자가 집속관을 따라 조사된 후 충돌하여 엑스선을 방출시키는 물질을 의미한다. 바람직하게는 타켓물질은 베릴륨 창에 0.5㎛ 내지 1㎛의 두께로 도포되며, 그 소재는 금(Au) 또는 텅스턴(W)일 수 있다.

베릴륨 창(40)은 지지 플레이트(42)에 의해서 지지된다. 지지플레이트는 개구부가 형성되는 데, 이 개구부에 베림륨 창이 형성되며, 여기를 통해서 X선이 조사된다. 지지 플레이트는 스테인레스 스틸(SUS) 재질이 사용된다.

지지플레이트는 벌브(44)에 의해 지지된다. 벌브(44)는 지지플레이트를 지지함과 동시에 베릴륨 창에서 발생되는 열을 방열시키는 역할을 한다. 벌브(44)는 지지플레이트보다 하방으로 연장된 구조를 지니는 데, 이러한 구조는 벌브가 외부로 노출되어 표면적을 넓게하여 방열기능을 향상시키기 위해서이다. 벌브(44)는 방열하기에 용이한 동관으로 이루어질 수 있으며, 또한 잔류가스를 흡착하기 위해서 비확산 게터가 내면에 도포될 수도 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

10: 연엑스선 튜브(soft X-ray tube)
12: 연엑스선 튜브 몸체
14: 스탬(stem)
16: 배기관
18: 집속관 연결용 도전 와이어
20: 필라멘트 연결용 도전 와이어
22: 게터(getter) 지지판
24: 게터(getter)
26: 집속관
30: 필라멘트
32: 지지 와이어
40: 베릴륨 창
42: 지지 플레이트
44: 벌브

Claims (3)

1. 연엑스선을 발생시키는 연엑스선 튜브에 있어서,
   원통형의 연엑스선 튜브 몸체(12),
   상기 연엑스선 튜브 몸체의 하부에 결합되는 스탬(14),
   상기 스탬에 수직방향으로 고정되는 집속관 연결용 도전 와이어(18),
   상기 스탬에 수직방향으로 고정되는 필라멘트 연결용 도전 와이어(20),
   상기 필라멘트 연결용 도전 와이어(20)와 연결되어 있으며, 전자를 방출하는 필라멘트(30),
   상기 필라멘트 연결용 도전 와이어(20)와 상기 필라멘트(30) 사이에 연결되며, 상기 필라멘트 연결용 도전 와이어(20)에서 전달된 고전압의 전원을 상기 필라멘트로 인가함과 동시에 지지하는 지지와이어(32),
   상기 집속관 연결용 도전 와이어(18)와 연결됨과 동시에 지지되며, 상기 필라멘트에서 발생된 전자를 집속하는 집속관(26)을 포함하되,
   상기 집속관은 상기 집속관을 중심으로 전후로 대응되게 설치된 한쌍의 집속관 연결용 도전 와이어에 의해 보다 안정적으로 지지되고 또한, 상기 필라멘트는 상기 필라멘트를 중심으로 좌우로 대응되게 설치된 한쌍의 필라멘트 연결용 도전 와이어에 의해 보다 안정적으로 지지되며,
   상기 필라멘트에서 발생된 전자가 충돌하여 X선을 발생하도록 내면에 타겟물질이 도포되어 있으며, 발생된 X선이 방출되는 베릴륨(40)을 포함하되,
   상기 필라멘트는 코일형태의 코일 필라멘트로서, 전체적으로 링(Ring) 형상을 지니는 링(Ring)형의 코일 필라멘트인 것을 특징으로 하는 연엑스선 튜브.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 필라멘트는 보다 많은 전자를 발생시킬 수 있도록 폐루프(closed loop) 형상의 코일 필라멘트인 것을 특징으로 하는 연엑스선 튜브.
3. 삭제

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