KR102527552B1

KR102527552B1 - 엑스선 튜브의 제조 방법

Info

Publication number: KR102527552B1
Application number: KR1020200110840A
Authority: KR
Inventors: 정라파엘; 차지수; 이형섭; 신승수
Original assignee: 정라파엘; 주식회사 브로젠
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2023-05-03
Anticipated expiration: 2040-09-01
Also published as: KR20220029023A

Abstract

엑스선 튜브의 제조 방법에 있어서, 패드가 형성된 기판 상에 금속 나노 분말 및 글라스 프릿을 함유하는 페이스트를 공급하고, 상기 페이스트가 도포된 상기 기판 상에, 한 쌍의 전극이 형성된 칩을 얼라인 한다. 이어서, 상기 페이스트 조성물에 대하여 열압착 공정을 수행하여 상기 칩을 상기 기판에 본딩하고, 상기 패드 및 상기 전극과 전기적으로 연결되는 리드선을 형성한다. 이어서, 상기 칩을 격리하도록 상기 기판 상에 진공 영역을 정의하는 진공 튜브로 밀봉한다.

Description

엑스선 튜브의 제조 방법{Method of manufacturing an X-ray tube}

본 발명의 실시예들은 엑스선 튜브의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 기판 상에 칩을 본딩하고 이를 진공 튜브 내에 실링하여 엑스선 튜브의 제조 방법에 관한 것이다.

X선 튜브에 따르면 내부가 진공 상태에서 여기된 전자가 안정 상태로 변환하면서 에너지 차이에 해당하는 주파수를 갖는 광선이 발생된다. 상기 광선이 갖는 주파수가 X선의 파장 범위에 속하는 단파장을 가짐에 따라, 상기 광선이 검사 대상물을 투과할 때 해당 대상물을 구성 원소나 밀도에 따라 투과율이 달라진다.

상기 X선 튜브는 기판, 상기 기판 상에 본딩된 칩 및 상기 칩을 전체적으로 둘러싸도록 기판 상에 진공 상태를 유지하기 위한 진공 튜브를 포함한다.

이때, 상기 기판 상에 칩을 본딩하기 위한 방법 및 상기 진공 튜브를 기판에 장착하기 위한 방법이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예들은 기판 상에 칩 및 진공 튜브를 용이하게 본딩할 수 있는 엑스선 튜브의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예들에 따른 엑스선 튜브의 제조 방법에 있어서, 패드가 형성된 기판 상에 금속 나노 분말 및 글라스 프릿을 함유하는 페이스트를 공급하고, 상기 페이스트가 도포된 상기 기판 상에, 한 쌍의 전극이 형성된 칩을 얼라인 한다. 이어서, 상기 페이스트 조성물에 대하여 열압착 공정을 수행하여 상기 칩을 상기 기판에 본딩하고, 상기 패드 및 상기 전극과 전기적으로 연결되는 리드선을 형성한다. 이어서, 상기 칩을 격리하도록 상기 기판 상에 진공 영역을 정의하는 진공 튜브로 밀봉한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 나노 분말은 은 나노 분말을 포함하고, 상기 페이스트는 바인더 및 용매를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열압착 공정은 300 내지 500°C의 온도 범위 및 10 내지 100 kg/cm²의 압력 범위에서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 칩을 상기 기판에 본딩하기 위하여, 상기 페이스트에 레이저를 조사하는 레이저 조사 공정이 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판 상에 진공 영역을 정의하는 진공 튜브로 밀봉하기 위하여, 상기 진동 튜브의 에지부 및 기판 사이에 공급된 토르 씰을 진공 상태에서 이용할 수 있다.

여기서, 상기 토르 씰을 이용하는 공정은, 진공압 상태에서 50 내지 100°C의 온도 범위에서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판을 관통하여 상기 전극과 전기적으로 연결되는 리드선을 형성하기 위하여, 와이어 본딩 공정이 수행될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르며, 금속 나노 분말 및 글라스 프릿을 포함하는 페이스트를 이용하여 칩을 기판 상에 본딩함으로써 상기 칩이 보다 우수한 강도 및 내구성으로 기판에 본딩될 수 있다.

나아가, 진공 튜브를 기판에 밀봉할 때 토르 씰이 이용됨에 따라 보다 낮은 저온에서 밀봉 공정이 수행될 수 있다. 이로써 밀봉 공정 중 상기 칩이 기판으로부터 박리되는 현상이 억제될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제조방법을 이용하여 제조된 엑스선 튜브를 도시한 단면도이다.
도 3은 도1의 실시예에 따라 제조된 엑스선 튜브의 단면 및 비정상 상태의 엑스선 튜브의 단면을 촬상한 사진들이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.

본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2는 도 1에 도시된 제조방법을 이용하여 제조된 엑스선 튜브를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 튜브의 제조 방법에 따르면, 패드(15)가 형성된 기판(10) 상에 금속 나노 분말 및 글라스 프릿을 갖는 페이스트를 공급한다. 이로써, 상기 기판 상에는 페이스트 패턴(30)이 형성된다(S110). 예를 들면, 상기 페이스트 패턴(30)은 상기 기판(10)의 주변부를 따라 형성될 수 있다.

상기 페이스트는 금속 나노 분말, 예를 들면 은(Ag) 나노 분말 및 글라스 프릿을 포함할 수 있다. 이때, 은 나노 분말의 입자들은 10 내지 100 nm 의 평균 직경을 가질 수 있다. 한편, 상기 페이스트는 분산제, 바인더 및 용매를 포함한다. 상기 금속 나노 분말은 후속하는 열압착 공정에서 상기 글라스 프릿들 사이에 균일하게 침투할 수 있다.

상기 페이스트는 글라스 프릿을 제외한 금속 나노 분말, 예를 들면 은(Ag) 나노 분말을 포함할 수 있다. 이때, 은 나노 분말의 입자들은 10 내지 100 nm 의 평균 직경을 가질 수 있다. 즉, 상기 페이스트가 전체적으로 균일하게 분산된 은 나노 분말을 포함할 수 있다. 이로써, 상기 페이스트가 기판 상에 균일하게 공급될 수 있다.

상기 분산제는 금속 나노 분말(22)을 분산시키고 응집을 방지할 수 있다. 상기 분산제는 다양한 종류의 것이 이용될 수 있는데, 예컨대, 지방산, 생선 오일, 폴리 디알릴디메틸 암모니움 클로라이드(PDDA), 폴리아크릴 산(PAA), 폴리스티렌 설포내이트(PSS) 등을 포함할 수 있다.

상기 바인더는 취급 및 건조 처리 중에 페이스트의 변성을 방지할 수 있다. 상기 바인더는 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 왁스 등이 이용될 수 있다

상기 용매는 상기 페이스트의 점도를 조절할 수 있다. 상기 용매는 바인더의 종류에 따라 다양하게 선택된다. 예를 들면, 상기 용매는 글라스 프릿의 점도를 감소시키기 위한 것으로, "Haraeus HVS 100", "텍사놀", "테르피네올", "헤레어스 RV-372", "헤레어스 RV-507" 등이 이용될 수 있다.

상기 은 나노 분말은 상대적으로 우수한 열전도성, 기계적 강도 및 열 내구성을 가짐에 따라, 상기 은 나노 분말을 포함하는 페이스트는 우수한 열전도성을 가질 수 있다.

이어서, 상기 기판(15) 및 한 쌍의 전극(25)이 형성된 칩(20)을 상호 얼라인한다(S130). 이때, 상기 얼라인 공정은 언더 비전 유닛을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 얼라인 공정은 상기 기판(10)의 중심점 및 상기 칩(20)의 중심점을 상호 일치시켜 정렬할 수 있다. 상기 중심점을 구하는 방법은 일반적으로 공지된 기술이 이용될 수 있다.

상기 칩(20)은 한 쌍의 전극들(25)을 포함한다. 상기 전극들(25)을 통하여 칩(20)에 전기적 신호가 인가될 될 수 있다.

이후, 상기 페이스트 패턴에 대한 열압착 공정이 수행된다. 이로써, 상기 칩(20) 및 기판(10) 사이에 본딩체(30)가 형성되어 상기 칩(20)을 기판(10)에 본딩할 수 있다(S150). 이때, 상기 열압착 공정 중 10 내지 100 kg/cm²의 압력이 상기 칩(20) 및 기판(10) 사이에 인가될 수 있다.

상기 페이스트 패턴이 금속 나노 분말 및 글라스 프릿을 포함한다. 이로써, 상기 열압착 공정 중, 상기 금속 나노 분말이 메쉬 구조를 이루는 글라스 프릿 사이에 결합됨으로써, 상기 칩을 기판에 우수한 강도로 본딩될 수 있다. 이때 페이스트 패턴 내에 함유된 용매는 제거될 수 있다.

상기 열압착 공정은 상기 페이스트 패턴에 레이저를 조사하는 레이저 조사 공정을 포함할 수 있다. 이때 열압착 공정은 300 내지 500 °C 정도의 온도, 바람직하게는 300°C 의 온도에서 실시한다.

이어서, 상기 패드(15)와 상기 전극들(25)을 전기적으로 연결되는 리드선을 형성한다(S170). 이를 위하여 와이어 본딩 공정이 수행될 수 있다. 이로써, 기판의 패드로부터 상기 리드선 및 상기 전극들을 경유하여 칩에 전원을 인가할 수 있다.

이후, 상기 기판 상에 진공 영역을 정의하는 진공 튜브(40)로 밀봉하는 밀봉 공정이 수행된다(S190). 상기 진공 튜브(40)는 예를 들면 기판(10)의 외곽부에 위치한 가열 히터(미도시) 및 밀봉제를 이용하여 상기 밀봉 튜브(40)의 외곽부를 기판 상에 밀봉한다. 이로써, 상기 기판(10)의 상면 및 상기 진공 튜브(40)의 내면에 의하여 진공 영역이 정의될 수 있다. 진공 영역을 형성하기 위한 가열 히터는 도우넛 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 가열 히터는 기판의 외곽부에 위치할 수 있다. 또한 상기 밀봉 공정은 400 내지 800 °C로 유지되는 퍼니스 내에 장시간 진행될 경우, 상기 본딩체(30)에 고온 환경에서 손상될 수 있다. 이로써, 상기 밀봉 공정이 수행되는 동안, 상기 기판(10)의 하부에 냉각부(미도시)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 냉각부는 척 내부에 장착된 유로를 통하여 냉매를 순환시킴으로써, 상기 척 상부에 위치한 기판(10)을 냉각시킨다. 이로써 상기 본딩체(30)의 손상이 억제될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 밀봉 공정의 다른 예로서 상기 진동 튜브(40)의 에지부 및 기판(10) 사이에 공급된 토르 씰(Torr seal)이 개재될 수 있다. 상기 토르 실을 이용할 경우, 상기 밀봉 공정은 50 내지 100°C의 온도 범위에서 수행된다. 상기 밀봉 공정은 예를 들면 60°C의 온도에서 수행될 수 있다. 이로써, 상기 밀봉 공정이 상대적으로 낮은 온도에서 수행됨에 따라 상기 본딩체(30)에 대한 열적 손상이 억제될 수 있다.

도 3은 도1의 실시예에 따라 제조된 엑스선 튜브의 단면 및 비정상 상태의 엑스선 튜브의 단면을 촬상한 사진들이다.

도 3을 참조하면, 상부에 도시된 상기 엑스선 튜브에 따르면 300 °C 의 온도 및 30 kg/cm²의 압력으로 60분간 열압착 공정이 수행되어 제조된 시료를 대상으로 촬상한 전자현미경 사진이다. 반면에 하부에 도시된 상기 엑스선 튜브는 칩 및 CLCC 기판 사이에 보이드가 잔류함을 확인할 수 있다. 이는, 페이스트가 균일하게 도포되지 않았거나 열압착 공정 중 인가되는 압력이 불균일하였기 때문이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 기판 20 : 칩
30 : 본딩체 40 : 진공 튜브

Claims

패드가 형성된 기판 상에 금속 나노 분말 및 글라스 프릿을 함유하는 페이스트를 디스펜싱하는 단계;
상기 페이스트가 도포된 상기 기판 상에, 한 쌍의 전극이 형성된 칩을 얼라인 하는 단계;
상기 페이스트에 대하여 열압착 공정을 수행하여 상기 칩을 상기 기판에 본딩하는 단계;
상기 패드 및 상기 전극과 전기적으로 연결되는 리드선을 형성하는 단계; 및
상기 칩을 격리하도록 상기 기판 상에 진공 영역을 정의하는 진공 튜브로 밀봉하는 단계를 포함하고,
상기 금속 나노 분말은 은 나노 분말을 포함하고, 상기 페이스트는 바인더 및 용매를 더 포함하고,
상기 열압착 공정은 300 내지 500°C의 온도 범위 및 10 내지 100 kg/cm²의 압력 범위에서 수행되어, 메쉬 구조를 갖는 상기 글라스 프릿 사이에 상기 은 나노 분말이 결합되고,
상기 진공 튜브로 밀봉하는 단계는, 상기 기판을 지지하는 척의 내부에 장착된 유로를 통하여 냉매를 순환시키는 냉각부를 이용하여 기판을 냉각시키면서 수행되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브의 제조 방법.
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제1항에 있어서, 상기 칩을 상기 기판에 본딩하는 단계는 상기 페이스트에 레이저를 조사하는 레이저 조사 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브의 제조 방법
제1항에 있어서, 상기 기판 상에 진공 영역을 정의하는 진공 튜브로 밀봉하는 단계는 상기 진공 튜브의 에지부 및 기판 사이에 공급된 토르 씰을 진공 상태에서 이용하는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 토르 씰을 이용하는 단계는, 진공압 상태에서 50 내지 100°C의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 기판을 관통하여 상기 전극과 전기적으로 연결되는 리드선을 형성하는 단계는 와이어 본딩 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브의 제조 방법.
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