(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧プラグを高電圧導入碍子に挿入して高電圧を電極に印加し、陰極のフィラメントから放出した電子を加速収束させ陽極のターゲットに衝突させてＸ線を発生する開放型Ｘ線管において、前記高電圧導入碍子をセラミックス製とし、かつ前記高圧プラグが挿入される高電圧導入碍子の内面にグレーズ処理を施したことを特徴とする開放型Ｘ線管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開放型Ｘ線管に係わり、特に、高圧プラグを高電圧導入碍子に挿入して負の高電圧を陰極に印加し、放出電子を加速収束して、陽極ターゲットに衝突させ、Ｘ線を発生させるＸ線管の高電圧導入碍子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細な内部構造を非破壊検査法で観察する手法が各分野で要求されている。例えば、半導体パッケージングの開発や実装検査・品質保証のために、微小焦点を有するＸ線管を使って内部の欠陥などが調べられている。このＸ線管は開放型構造で、ターゲットに厚さが薄いタングステンプレートを使用し、収束された電子ビームを、このターゲットに打ち込み、そこで発生するＸ線を放射するものである。検査部品の微細な構造を観察するため、焦点寸法は微細なものが使われている。
【０００３】
このＸ線管はマイクロフォーカスＸ線管と呼ばれ、真空容器内で熱陰極から出発した電子ビームを、電子レンズにより収束させて、ターゲット上の１〜２００μｍの寸法の微小領域に打ち込み、そこで生じるＸ線を利用するものである。マイクロフォーカスＸ線管のうち、特に焦点寸法が微小化できるものは、開放型と呼ばれるタイプのものである。開放型のＸ線管は、真空容器の開閉機構と、真空排気ポンプを具備しており、熱陰極やターゲット材を交換できるという特徴をもつ。このため、開放型のマイクロフォーカスＸ線管では、熱陰極やターゲットの寿命を犠牲にして熱陰極の温度を上げて焦点寸法を微細化したり、高管電圧、高管電流の条件で焦点寸法を微細化することが可能である。
【０００４】
開放型のＸ線管は、さらに透過型と反射型と呼ばれる２つのタイプに分類される。透過型では、ターゲット面から見て電子ビームと出力Ｘ線が反対側に位置するのに対し、反射型では、ターゲット面から見て電子ビームと出力Ｘ線が同じ側に位置する。透過型、反射型とも、電子ビームをターゲット上の微小領域に収束してＸ線の焦点寸法を微細化する機構は同じである。
【０００５】
図３に開放透過型Ｘ線管の断面構造を示す。このＸ線管はカソード部２０（下部）とアノード部２１（中部）とターゲット部２２（上部）から構成され、各部はＯ−リングで互いに真空気密に連結されており、ターボポンプとロータリーポンプ（図示せず）による２段引きがされた真空チャンバ５を形成している。カソード部２０は、高電圧ケーブル挿込口１７に高電圧ケーブルが挿し込まれ、ウエネルト２の電極とフィラメント１に負の高電圧が印加される。アノード部２１、ターゲット部２２及び真空チャンバ５の外装は接地電位に保たれている。
高電圧ケーブル（図示されていない）からフィラメント１に電圧が印加され電流が流れ加熱されると、熱電子が放出されアノード４に向かって加速され、電子ビームを形成する。アノード部２１はレンズホルダ７にアノード４とパイプ６を組み込んだものである。電子ビームはパイプ６の中空部を通り、ターゲット部２２の収束コイル８によって微小な径の電子ビームに収束されターゲット１２に突入する。
【０００６】
ターゲット部２２はポールピース下９の円筒内に収束コイル８を組み込み、ポールピース上１０の上部と、ターゲットホルダ１１の間にＸ線透過窓１４がサンドイッチされた状態で組込まれており、アルミニウムの厚みＴ＝０．５ｍｍ程度のＸ線透過窓１４上の内側に、ターゲット１２がマウントされている。ターゲット１２は、例えば、厚さが５０μｍ程度のタングステンが使われたり、ターゲット１２をＸ線透過窓１４に直接成膜したりしている。
【０００７】
このターゲット１２に電子ビームが突入すると、そこでＸ線を放射する。その放射方向は指向性を持っており、透過した方向のＸ線ビームを利用している。Ｘ線管のＸ線条件は管電圧は３０〜１６０ｋＶ、管電流は〜１ｍＡ程度で、マイクロフォーカスで焦点寸法は１〜２００μｍ程度のものが使われている。
【０００８】
そして、図４に示すように、１００ｋＶ級の高電圧を高圧電源からＸ線管に導入するためには、互換性のためにコーン状ターミナルを有する高圧プラグ２３を備えた高電圧のケーブル２５が使用される。この高圧プラグ２３はケーブル２５からの高圧導線が、取付スリーブ２４でバインドされ、ゴムで成形された高圧プラグ２３の中心を通り、先端に設けられた電極２８、電極２９、電極３０に接続され、支持部２６上に各電極が設けられている。
【０００９】
そして、図５に示すように、高圧プラグ２３を挿入するＸ線管側の高電圧導入碍子３は、高電圧のケーブル２５のターミナル形状（雄型）に合致したレセプタクル形状（雌型）になっている。高電圧導入碍子３は、一般的には電気的絶縁性の良い樹脂にて製作されるが、高真空が必要な場合など、用途によってはセラミックスにて製作される場合もある。そして、接地電位となるフランジ３３に、エポキシ系の樹脂で成形された高電圧導入碍子３と、その内筒の先端部分に設けられた電子発生源のフィラメント１と、ウエネルト２に電圧を印加するための、リング状のリング電極２９ａとリング電極３０ａと、その中央部にピン状に突出したピン電極２８ａが設けられ、その各電極からリード線３１を介してピン３２に成形接続されている。高圧プラグ２３が高電圧導入碍子３に挿入されると、高圧プラグ２３の先端の電極２８、電極２９、電極３０が、高電圧導入碍子３の内筒底部に設けられたピン電極２８ａ、リング電極２９ａ、リング電極３０ａに接触し導通する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の開放型Ｘ線管は以上のように構成されているが、高電圧導入碍子３の真空側に曝される部分の材料がエポキシ系の樹脂で成形されていると、その表面からのガス放出が多く、Ｘ線管の真空チャンバ５内を１×１０−８Ｔｏｒｒ台以上にすることが難しくなり、フィラメント９の長寿命化に対応することができない。
また、高電圧導入碍子３全体の素材を、高真空で利用されている放出ガスの少ないセラミック製にすると、高電圧のケーブル２５の高圧プラグ２３を挿入して嵌合する際に、高圧プラグ２３の先端の金属端子（電極２８、２９、３０）が高電圧導入碍子３の内面にこすれて金属粉が発生し、これが高電圧導入碍子３の内面のセラミックスの表面に目詰まりして耐電圧不良を起こすという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高電圧導入碍子の真空側に曝される材料表面からのガス放出が少なく、かつ、高圧プラグを装着する時に、高圧プラグの各電極が高電圧導入碍子の内側に擦れても金属粉が発生しにくいようにした開放型Ｘ線管を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の開放型Ｘ線管は、高圧プラグを高電圧導入碍子に挿入して高電圧を電極に印加し、陰極のフィラメントから放出した電子を加速収束させ陽極のターゲットに衝突させてＸ線を発生する開放型Ｘ線管において、前記高電圧導入碍子をセラミックス製とし、かつ前記高圧プラグが挿入される高電圧導入碍子の内面にグレーズ処理を施したものである。
【００１３】
本発明の開放型Ｘ線管は上記のように構成されており、高電圧導入碍子をガス放出が少ないセラミックス製にし、高電圧導入碍子の高圧プラグ挿入部分の内面テーパ部にグレーズ処理を施し、表面平滑化を行なう。このグレーズ処理は、セラミックス表面に付着する汚れを防止する等の目的でおこなわれる表面平滑化処理であり、そのため、グレーズ処理を施すことにより、内面のセラミックス表面粗さが改善され、平滑化されるため、高電圧ケーブルの高圧プラグを挿入する時に、高圧プラグ先端の金属端子が内面セラミックスと擦れることによる金属粉の発生を低減し、セラミックス表面に付着する汚れを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の開放型Ｘ線管の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明の開放型Ｘ線管の断面構造を示す図である。本開放型Ｘ線管は、電子ビームを発生するカソード部２０と、その電子ビームを加速するアノード部２１と、加速された電子ビームを収束してＸ線透過窓１４の裏側に設けられたターゲット１２にあてＸ線を透過方向に発生させるターゲット部２２から構成されている。
本開放型Ｘ線管は、従来の図３に示す開放型Ｘ線管と比較して、高電圧導入碍子３の材質と、大気側の高圧プラグ２３が挿入される内表面の状態が異なり、その他は同じである。
本開放型Ｘ線管の高電圧導入碍子３側は、図２に示すように、真空チャンバ５に取付けられるフランジ３３と、セラミックスで成形されフランジ３３に取付けられ高圧プラグ２３が挿入される内面テーパ部上にグレーズ処理が施されたグレーズ処理テーパ部１９を有する高電圧導入碍子３と、その高電圧導入碍子３の先端部分に成形埋設されたリング電極２９ａとリング電極３０ａとピン電極２８ａとそのリード線３１と出力端子のピン３２とから構成されている。
【００１５】
高電圧導入碍子３は、高電圧導入碍子３の真空に曝される部分にガス放出の少ないセラミックスが用いられ、一方、高電圧導入碍子３の高圧プラグ２３が挿入される大気側もセラミックスが用いられ、そのセラミックス表面の内面テーパ部１８上にグレーズ処理が施され、グレーズ処理テーパ部１９が形成される。
高電圧導入碍子３の真空側にセラミックスを用いているので、その表面からのガス放出が少なく、Ｘ線管の真空チャンバ５内を１×１０−８Ｔｏｒｒ台以上にすることができ、フィラメント１の長寿命化に対応することができる。
【００１６】
また、高電圧導入碍子３の大気側にグレーズ処理が施されたセラミックスが用いられ、グレーズ処理は、セラミックス表面に付着する汚れを防止する等の目的でおこなわれる表面平滑化処理である。
一般にセラミックスの焼結過程では、原料粉末の一部が他の粉末と固溶し、一部の粉末が消失すると同時に、他のセラミックス粉末が粒子（Ｇｒａｉｎ）として成長する過程を繰り返し緻密なセラミックスとなる。この際に、特定の粒子だけが異常に大きくなる成長（異常粒成長）があると、焼成後、セラミックスの微構造は乱れ、巨大粒子と微粒子が混在したような凹凸の存在する面を形成する。このような微構造では平滑な面は望めず、いかに均一に粒子を成長させるかが表面の平滑化のための必要条件となる。このため、セラミックスの表面にグレーズ（Ｇｌａｚｅ：うわ薬、艶だし）を形成し、平滑にすることが行われる。
【００１７】
グレーズ材料の組成は、母材により異なるが、アルミナの場合、％表示でＳｉＯ２４１、ＰｂＯ４３、Ａｌ２Ｏ３３．１、Ｂ２Ｏ３４．５、ＣａＯ７．０、ＺｎＯ０．２、Ｎａ２Ｏ２．０４、Ｋ２Ｏ１．４８であり、その軟化点は５００℃である。
そして、グレーズ処理を施すことにより、内面のセラミックス表面粗さが改善され、平滑化される。表面が非常に滑らかであるので、高圧プラグ２３を挿入する時に、高圧プラグ２３先端の金属端子が内面グレーズ処理されたセラミックス表面に擦れることによる金属粉の発生が少なくなり、さらに、セラミックス表面が平滑であるために金属粉の付着による汚れが発生しにくい。
【００１８】
そして、埋設成形されたリング電極２９ａ、リング電極３０ａ、ピン電極２８ａは、図４に示す高圧プラグ２３の電極２９、電極３０、電極２８に対応した位置に設けられ、電子発生部のフィラメント１及びウエネルト２に、リード線３１及びピン３２を介して、負の高電圧が印加される。各電極配置は、そこに挿入される高圧プラグ２３の電極に対応しており、他のＸ線管装置との互換性から規格で決められている。
【００１９】
また、高電圧導入碍子３は、その内外表面をセラミックス製のシェルで形成して、内部をエポキシ系樹脂などで成形しても良い。そのためには、真空側に面する部分の形状をしたセラミックス製のシェルを作り、その中に各電極を配置した状態でエポキシ系樹脂などにより内側形状を成形し、次に、内側のセラミックス製のシェルを別途製作し、それぞれの間を弾性接着剤等により接合することで製作しても良い。
【００２０】
次に、本開放型Ｘ線管の操作を図１を参照して説明する。まず、高圧プラグ２３を高電圧導入碍子３に装着する。この時、高電圧導入碍子３の内側はグレーズ処理されたセラミックスで成形されたもので出来ているので、高圧プラグ２３の先端に設けられている電極２８、２９、３０がグレーズ処理テーパ部１９に接触しても、金属の粉などを散らすことが無く、高圧プラグ２３を高電圧導入碍子３に装着することが出来る。次に、開放型の真空チャンバ５を開放して、フィラメント１を新しいものに交換する。そして、真空チャンバ５を閉じ、ロータリポンプで粗引きし、次に、ターボ分子ポンプを働かせ、真空チャンバ５内を真空に排気する。
【００２１】
この時真空チャンバ５内の各部品の表面からもガスが放出する。通常各部品はガス放出の少ない金属、例えばステンレス、アルミニウム、ニッケルクロム鋼等が用いられる。従来の高電圧導入碍子３の真空に曝される表面は、エポキシ系の樹脂が使われており、この部分からのガス放出で真空チャンバ５内の真空度が上がらず、低い真空度でＸ線管を動作させており、フィラメント１が蒸発するのと同時に内部のガス分子でたたかれ、やせて細くなり、寿命が短く、フィラメント１の交換を約２００時間ごとに行なわなければならない状態であった。本開放型Ｘ線管に用いられる高電圧導入碍子３は、真空に曝される表面に、ガス放出の少ないセラミックが用いられているので、その表面からのガス放出は非常に少なく、そのため、真空チャンバ５内の真空度を１×１０−８Ｔｏｒｒ台以上にすることが出来る。
【００２２】
それによってフィラメント１の寿命を長くすることが出来る。次に試料１５を試料台にセットする。そして、制御器でＸ線条件を設定し、Ｘ線放射ボタンをＯＮにすると、高電圧発生器からケーブル２５を介して、高圧プラグ２３内にモールドされた３本の導線により電極２８、２９、３０から、高電圧導入碍子３のピン電極２８ａ、リング電極２９ａ、リング電極３０ａを介してフィラメント１とウエネルト２に負の高電圧が印加される。制御器の操作パネルのＸ線管加熱電流を調整してフィラメント１に流す電流を増加させると、フィラメント１から電子が放出され、ウエネルト２によって引き出され、接地電位のアノード４間との高電界によって加速され、有孔のアノード４の中心の穴を通ってパイプ６に入る。加速された電子は、電子ビームとなって進行し、ポールピース下９に設けられた収束コイル８により、微小径の電子ビームとなって、アライメント１３で整合され、ターゲット１２に衝突する。ターゲット１２の微小焦点のＸ線源からＸ線がＸ線透過窓１４を透過して外部に放射する。そして、試料１５を透過したＸ線をＸ線検出器１６で受像し、その出力信号を制御器に取り入れ、ホストＰＣのモニタに表示したり、記録したりする。
【００２３】
高圧プラグ２３を挿入する時に、高圧プラグ２３先端の金属端子がグレーズ処理されたセラミックス表面に擦れても金属粉の発生が少なくなり、さらに、セラミックス表面が平滑であるため金属粉の付着による汚れが発生しにくく、上記の操作中に、高電圧印加時の金属粉による放電の誘発による耐電圧不良は発生しなくなった。
【００２４】
上記の実施例では高電圧導入碍子３のテーパ部全体にグレーズ処理を施しているが、端子（ピン電極２８ａ、リング電極２９ａ、リング電極３０ａ）嵌合部の周辺のみにグレーズ処理をしても有効である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の開放型Ｘ線管は上記のように構成されており、高電圧導入碍子の真空に曝される表面に、ガス放出の少ないセラミックスが用いられるので、高真空でＸ線管を動作させることができ、フィラメントの長寿命化をすることが出来る。
また、高圧プラグの装着される高電圧導入碍子の内側には、セラミックス上にグレーズ処理されたグレーズ処理テーパ部が設けられるので、高圧プラグを挿入する時に、高圧プラグの先端に設けられた電極が、接触によって金属粉を生じることが少なくなり、さらに、セラミックス表面が平滑であるため金属粉の付着による汚れが発生しにくく、金属粉による放電の誘発による耐電圧不良になることなく安定して高電圧を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の開放型Ｘ線管の一実施例を示す図である。
【図２】  本発明の開放型Ｘ線管の陰極側の高電圧導入碍子の断面構造を示す図である。
【図３】  従来の開放型Ｘ線管の断面構造を示す図である。
【図４】  従来の開放型Ｘ線管の高圧プラグを示す図である。
【図５】  従来の開放型Ｘ線管の陰極側の高電圧導入碍子の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１…フィラメント
２…ウエネルト
３…高電圧導入碍子
４…アノード
５…真空チャンバ
１２…ターゲット
１７…高電圧ケーブル挿入口
１８…内面テーパ部
１９…グレーズ処理テーパ部
２０…カソード部
２１…アノード部
２２…ターゲット部
２３…高圧プラグ
２４…取付けスリーブ
２５…ケーブル
２６…支持部
２８、２９、３０…電極
２８ａ…ピン電極
２９ａ、３０ａ…リング電極
３１…リード線
３２…ピン
３３…フランジ
【図１】
0004306110.tif 000002
【図２】
0004306110.tif 000003
【図３】
0004306110.tif 000004
【図４】
0004306110.tif 000005
【図５】
0004306110.tif 000006