專利名稱：毫微聚焦型x射線管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種毫微聚焦型X射線管，它設有一個目標物和用于校準目標物上電子射線的裝置。
背景技術：
所述型式的毫微聚焦型X射線管一般已公知。它設有一個目標物和用于校準目標物上電子射線的裝置。毫微聚焦型X射線管例如以圖示中的方法，用于高分辨力地檢測零部件，如電子工業用的電路板。為了采用這種圖示中的方法來獲得一個較高的空間分辨力，在公知的毫微聚焦型X射線管中形成電子射線，使得在目標物上聚集時形成直徑為≤1000nm的一個焦點。
為了獲得電子射線的一個相當小的橫截面，采用了毫微聚焦型X射線管，它根據X射線的產生原理進行工作，并在其中采用了夫累內爾(Fresnel)透鏡。使用這種毫微聚焦型X射線管，可以獲得最小直徑約為40～30nm的焦點，此時電子在朝目標物方向加速時，根據原理以一個相當低的約為20KeV的能量進行工作。
公知的毫微聚焦型X射線管還在其中采用了折射透鏡。使用這種毫微聚焦型X射線管，可以獲得最小直徑約為1000nm的焦點，此時電子在加速時，同樣可以只使用相當低的約為20～30KeV的能量。
此外，毫微聚焦型X射線管公開了在其中設置理想的較小直徑，以及所得到的電子射線的橫截面，在電子射線的輻射路徑中采用大量接連設置的電磁透鏡。使用這種毫微聚焦型X射線管，可以獲得最小直徑約為100～200nm的焦點，由此例如當焦點直徑為1000nm時，電子可以以100KeV能量加速。
公知的毫微聚焦型X射線管的缺點在于，為了獲得電子射線的一個理想的較小橫截面，在目標物上的聚集處需要耗費較高的設備費用，比如安裝大量的電磁透鏡。因此在制造上成本高且昂貴。

發明內容
本發明的任務是提供一種按權利要求1所述方式的毫微聚焦型X射線管，它具有簡化的且價格低廉的制造結構，以圖示中的方法，用于高分辨力地檢測零部件，能夠獲得所需較小的焦點直徑，為≤1000nm。
本發明任務將通過權利要求1中所述的原則予以解決。
本發明首先的思想是，獲得所需較小的焦點直徑，該焦點是在目標物上聚集電子射線時相應形成的。本發明更多的思想是，將毫微聚焦型X射線管設計成，其焦點直徑不再由電子射線的橫截面所決定，而另外取決于一個目標物元件的橫截面。因此按本發明的原則設置，目標物設有至少一個由一種目標物材料組成的用于發射X射線的目標物元件。它是通過一個籍微結構化方法并在一個由一種承載體材料組成的承載體元件上而組成的毫微結構構成的，其直徑約為≤1000nm，其中目標物元件僅僅部分覆蓋了承載體元件。按照本發明，X射線管在運行時，選擇電子射線在目標物上聚集處的橫截面要大于目標物元件的橫截面，這樣電子射線始終全面地射到目標物元件上。由此保證了電子射線在目標物上聚集處的橫截面即使被改變，也始終被電子射線射到。上述電子射線橫截面的改變指的是例如橫截面的縮小，橫截面的擴大，朝電子射線的輻射方向側面移動，或者電子射線橫截面的扭曲，以及目標物元件、焦點的形狀和大小。
按照本發明，承載體材料和目標物材料是不同的材料。因此，選用的目標物材料要考慮所發射的X射線所需的波長或者所需波長的范圍，而選用的承載體材料即金剛石則應首先考慮它的導熱系數。本發明的知識基于這樣的范圍，例如在用金剛石作為承載體材料時，不僅確保了相應熱量的足夠傳導，而且由于金剛石的電絕緣性能，使得目標物產生電荷。本發明的知識還基于這樣的范圍，目標物的電負荷惡化了圖示中方法的質量，例如在目標物上未作檢測的電荷分離和重新聚集，用以未作檢測地附加發射X射線。按照本發明，使用金剛石作為承載體材料，金剛石是一種電絕緣子，但是通過添加一種合適的添加料比如一種金屬，使其具有導電性能。由于電荷比如電子可從目標物導出，因此可靠地避免了影響到圖示質量的目標物電荷。這里令人意外地看到，通過這一方式，按本發明的毫微聚焦型X射線管還明顯改善了圖示質量。
通過添加承載體材料而獲得的導電性能，可以根據不同要求在較大范圍內加以改變。此外，也可以在較大范圍內選用添加料。
按照本發明，承載體元件的橫截面應垂直于輻射方向，并且大于在該方向的目標物元件的橫截面，這樣，目標物元件僅僅覆蓋了承載體元件的一部分表面。另外，承載體材料具有較小的密度、較高的導熱性能以及按本發明所設的配料功能，用以導出電荷。然而目標物材料是一種具有較高密度的材料，比如鎢。在目標物材料中聚集的電子在很短的路徑上就被減速，因而優先產生了短波的X射線。在具有較小密度的承載體材料中，滲入的電子相反卻在很長的路徑上被減速，導致產生許多長波輻射，這種輻射例如可以借助于一個合適的過濾器進行濾除。由此得出，按本發明的焦點位置、形狀和大小是通過目標物元件的位置、形狀和大小加以確定的。
由于按本發明的理想波長或在一個理想波長范圍內的X射線只是在目標物元件中產生的，并且目標物元件這樣確定了X射線管的焦點，因此焦點的形狀和大小不再由電子射線的橫截面所決定，而是取決于目標物元件的橫截面，此時X射線管在運行時電子射線始終全面地向目標物輻射。因而在承載體元件中也產生了X射線。然而這種X射線具有另一種波長或在另一種波長范圍內，是作為承載體中產生的有效輻射，這樣它就可以被直接濾除。因此按照本發明，毫微聚焦型X射線管的目標物上焦點的形成幾乎可以任意小，在這樣的范圍僅提供微結構化方法以構成毫微結構。
由于焦點的形狀、大小和位置是通過目標物元件的形狀、大小和位置確定的，因此按本發明的毫微聚焦型X射線管在結構上就不用更多花費，但在傳統的毫微聚焦型X射線管上就需要更多花費，以使電子射線的形狀、大小和位置獲得穩定性，而電子射線在公知的X射線管中確定了X射線管的焦點形狀、大小和位置。由此，按本發明的目標物能夠以制造毫微聚焦型X射線管最少的費用，獲得焦點的形狀、大小和位置的高穩定性，進而在采用圖示方法時能夠得到一個特別高的圖示質量。
根據要求可采用一種材料作為目標物材料，在用電子射擊時，這種材料得到了一個理想波長或在一個理想波長范圍內的X射線。
按本發明的X射線管可理解為毫微聚焦型X射線管，該X射線管的焦點直徑為≤1000nm。
在一個非環形的焦點中，按照本發明，將直徑理解為在焦平面中焦點的最大延伸。
導熱系數的數值與室內溫度有關。
由于按本發明的毫微聚焦型X射線管的焦點的形狀和大小及其橫截面，是由目標物元件的形狀和大小及其橫截面決定的，而不再由電子射線的橫截面所決定，因此按照本發明，就不再需要在目標物上的聚集處高精密度地形成電子射線。這樣，按本發明的裝置用于高精密度地形成電子射線的橫截面，將不再需要了，但采用公知的毫微聚焦型X射線管時，則必須用到。按照本發明，原則上只需要一個配料裝置，比如采用電磁透鏡的型式。由此，按本發明的毫微聚焦型X射線管相對于傳統的毫微聚焦型X射線管，明顯減少了設備費用，使得按本發明的毫微聚焦型X射線管明顯得到了簡化，進而降低了制造費用。
按本發明的毫微聚焦型X射線管具有一個特別優點在于，它對于因電子射線的形成而產生的干擾明顯不受影響，然而傳統的毫微聚焦型X射線管則對此特別敏感。
由于按本發明的焦點的形狀和大小是由目標物元件的形狀和大小決定的，因此按本發明的毫微聚焦型X射線管的焦點的大小，僅是由通過所采用的微結構化方法可實現空間分辨力所決定的。作為微結構化方法的可以采用沉積方法，例如三維疊加的毫微石版印刷術或者離子射線射出法；也可以采用磨蝕方法，例如電子石版印刷術或者腐蝕方法。尤其采用沉積方法，可使毫微結構的直徑達到2nm，甚至更小。根據本發明的原則能夠制成毫微聚焦型X射線管，在采用圖示方法時，其空間分辨力明顯高于傳統的毫微聚焦型X射線管的分辨力。
按本發明原則的一個具有特別優點的進一步設計為，承載體元件至少部分由一種承載體材料組成，它的導熱系數為≥10W/(cm×K)，優選≥20W/(cm×K)。按照該方式，承載體材料的導熱系數特別高，這樣在用電子射擊目標物元件時所產生的熱量能夠特別順利地被導出。由此提高了按本發明的目標物的使用壽命。
如果在承載體元件上僅安置一個目標物元件的話，那么按照本發明就足夠了。當然，按照本發明也可以在承載體元件上安置數個相隔有距離的目標物元件。如果在這樣一個結構型式中使用目標物元件，那么電子射線可以偏轉到另一個目標物元件上，使得X射線管不用替換目標物元件能夠繼續進行使用。
原則上目標物元件可以具有一個任意合適的幾何形狀。為了在使用按本發明的毫微聚焦型X射線管時，在一個圖示的方法中獲得一個較高的圖示質量，按本發明原則的一個具有優點的進一步設計為，至少一個目標物元件在基本圓形的范圍內。
按本發明原則的另一個具有優點的進一步設計為，目標物元件設有一個過濾器，該過濾器對于目標物元件中產生的X射線得以通過，而對于承載體元件中所產生的X射線則予以阻擋。采用此方式，確保了按本發明的毫微聚焦型X射線管只發射具有理想波長或在一個理想波長范圍內的X射線。
按本發明的毫微聚焦型X射線管的目標物，原則上是一個實物型目標物(直接發射的目標物)。該目標物裝有一個具有高導熱性能的金屬塊，比如由銅或鋁組成，在金屬塊上設置了按本發明的承載體元件，例如作為承載體層，另一方面它安置在目標物元件上。按本發明原則的一個具有優點的進一步設計為，目標物構成為傳送目標物。
下面本發明將結合所附的簡要示意圖作詳細說明，在圖中顯示了按本發明的目標物的一個實施例。因此所有描述的或在圖中顯示的特征，在其本身或以任意組合的方式構成本發明的對象，它不取決于專利權利要求中的綜合概述或其引述，也不取決于說明書中的公式和描述以及附圖。


圖1是用于說明本發明原則的按本發明的目標物實施例的截面圖。
圖2是按圖1所示的相同視圖。
圖3是按圖1所示目標物的仰視圖。
圖4是按本發明目標物的第二實施例的截面圖。
圖5是按圖4所示目標物的仰視圖。
圖6是按圖5所示的相同仰視圖。
圖7是按圖5所示的另一個相同仰視圖。
圖8是按本發明的毫微聚焦型X射線管實施例的原理圖。
附圖中相同或相應的部件采用相同的標號。
附圖表示的是純原理圖，而不起決定作用。
具體實施例方式
圖1中顯示了按本發明用于毫微聚焦型X射線管的目標物2的第一實施例，該目標物2設有一個承載體元件4，并在本實施例中設有一個安置在承載體元件4上的目標物元件6，該目標物元件6由一種目標物材料組成，用于發射X射線。承載體元件4原則上是由一種具有較小密度和較高導熱性能的承載體材料所組成，也就是金剛石，它的導熱系數為≥20W/(cm×K)。
按照本發明，作為承載體材料用的金剛石提高了導電性能，在本實施例中添加了金屬離子。由此，承載體材料通過配料而具有導電性能，電荷能夠從承載體元件4中排出，避免了承載體元件4及目標物2的電荷。
目標物元件6由一種具有較高密度的材料組成，在本實施例中為鎢。在用荷電粒子射擊時，鎢尤其產生了電子、X射線。
圖1中未作顯示的是，目標物元件6在仰視圖中基本上呈圓形，在本實施例中其直徑約為≤1000nm。
目標物元件6在本實施例中是一個籍微結構化方法在承載體元件4上構成的毫微結構。
在用電子射擊目標物2時，X射線在目標物元件6中很短的路徑上被減速，產生了短波。在承載體元件4的具有較小密度的承載體材料中，滲入的電子在很長的路徑上被減速，此時產生了更多的長波輻射。圖1中表示了一種情況，電子射線在目標物元件6上的直徑為dE1，該直徑dE1小于目標物元件6的直徑。電子在目標物元件6中的減速，形成一個短波的X射線，其橫截面直徑為dX1，該直徑dX1小于或等于目標物元件6的直徑。電子通過目標物元件6滲入承載體元件4的具有較小密度的承載體材料中，電子在承載體元件4的減速容積內很長的路徑上被減速，形成具有優勢的長波射線。該長波射線可采用合適的過濾器予以阻擋，使得只有短波射線部分才有效，而短波射線則是由目標物元件6產生的，按照本發明，目標物元件6僅覆蓋了一部分承載體元件4。
圖2中表示了一種情況，電子射線的橫截面直徑為dE2，該直徑dE2明顯大于目標物元件6的直徑。在這種情況下，具有優勢的短波射線在確定范圍的目標物元件6中，其直徑也為dE2。此時滲入承載體元件4的具有較小密度的承載體材料中的電子，在減速容積8內形成更長的長波射線，該長波射線可被濾除，以使由目標物元件6產生的較短的短波射線確定一個有效的波長或者在一個有效的波長范圍內。
從圖1與圖2的相比較中可以看到，X射線管的焦點的形狀、大小和位置是由目標物元件6的形狀、大小和位置決定的，而不是由電子射線橫截面的形狀、大小和位置所決定的。
圖3示出按圖2所示目標物的仰視圖，其中可以看到，電子射線的直徑dE及其橫截面10大于目標物元件6的直徑dM及其橫截面。正如根據圖1和圖2的描述，對于X射線管的焦點的橫截面來說，承載體元件6的橫截面起到了決定性的作用。
圖4表示了構成為傳送目標物的按本發明目標物2的第二實施例，它與按圖1所示的實施例有所不同。承載體元件4在承載體元件4上設有在相對于目標物元件6的那邊安置的一個射線過濾器12，射線過濾器12對在目標物元件6中產生的X射線14的連續通過起到作用，還對在承載體元件4中產生的X射線16起到進一步的絕緣作用。
圖5中用標號10表示電子射線的一個預定橫截面，用標號18A表示一個因干擾影響而縮小的電子射線橫截面，以及用標號18B表示一個因干擾影響而擴大的電子射線橫截面。由于X射線管的焦點橫截面是由目標物元件6的橫截面決定的，并且恒定不變，因此電子射線橫截面的改變對于焦點的橫截面不會產生作用，因為目標物元件6已被電子射線全面輻射了。
如圖6中所示，當電子射線向側面移動時，適合在一個位置18C中，因為在該電子射線的位置中目標物元件6也能全面得到電子射線。
如圖7中所示，電子射線橫截面的改變對于焦點的橫截面不會產生作用，因為當電子射線的橫截面改變之后，目標物元件6也能被全面輻射。例如圖7中用標號18D和18E表示的電子射線的二個扭曲的橫截面。由于焦點的橫截面是由目標物元件6的橫截面決定的，并且恒定不變和位置穩定，因此電子射線橫截面的改變對于X射線的圖示質量不會引起惡化，這是采用了按本發明的目標物2在X射線管中的圖示方法。
從圖5至圖7的組合來看，電子射線橫截面的改變和移動對于焦點的位置和橫截面不會產生作用。因此在按本發明的X射線管中，可以放棄采取在構造上需花費很大的那些措施，用以在圖示方法中獲得一個很好的圖示質量，但是這些措施在傳統的X射線管中，電子射線在目標物2上的形狀、大小和聚集點必須是固定不變的。同時，按本發明的X射線管制造起來非常簡單，而且價格低廉。
圖8表示了按本發明毫微聚焦型X射線管20的實施例的原理圖，毫微聚焦型X射線管20在下面簡稱為X射線管。X射線管20設有一個按本發明的目標物2，該目標物2在本實施例中設有三個沿著目標物表面相隔有距離的目標物元件22、24、26。
按本發明的X射線管20還設有用于校準目標物上電子射線28的裝置。該裝置在本實施例中設有一個陰極30和一個孔型陽極32，借助于該陰極30和孔型陽極32，例如從一個絲極中產生的電子朝目標物2方向高能量地加速。
X射線管20還設有一個沿著射線方向安置在孔型陽極32后面的聚焦裝置34，該聚焦裝置34使電子射線28聚焦在目標物2上。聚焦裝置34例如由一種纏繞裝置構成。
在本實施例中，X射線管20還設有偏轉裝置36，通過該偏轉裝置36可使電子射線28偏轉，使其選擇在目標物元件22、24或26的其中一個目標物元件上聚集。如果一個早先使用的目標物元件被用壞了，那么利用偏轉裝置36，電子射線28就可以偏轉到例如另外一個目標物元件上。按照本發明，偏轉裝置36的目的在于偏轉電子射線28，而不涉及它的形狀或聚焦。在這些結構型式中，目標物2僅承載一個目標物元件，因此偏轉裝置36就不是必需的了。
為了對在按本發明目標物2的承載體元件4中所產生的X射線進行濾除，目標物2在其相對于目標物元件22、24、26的那邊裝設一個過濾器12，該過濾器12根據圖4已在上文詳細描述了。
按本發明X射線管20的主要部分，通常以公知的方式安裝在一個外殼38內，當X射線管20運行時該外殼38可抽成真空。
調節裝置36進行調節，以實現電子射線28偏轉到目標物元件22、24、26的其中一個目標物元件上，該調節裝置在圖中未作詳細描繪。另外，X射線管20的壓力供給與調節的類型和方式一般已公知，因此在這里就不詳細描述了。
按本發明的X射線管20在運行時，電子射線28通過孔型陽極32朝著目標物2方向加速，通過聚焦裝置34聚焦，并通過偏轉裝置36偏轉到目標物元件22、24、26的其中一個目標物元件上。電子在目標物元件22、24、26的其中一個目標物元件上聚集并隨后減速時，產生了具有理想波長或在一個理想波長范圍內的X射線。通過電子減速在承載體元件4中所產生的X射線，借助于過濾器12而被濾除。這樣，X射線管20發射出具有理想波長或在一個理想波長范圍內的X射線。
由于X射線管20的焦點的形狀、大小和位置是各由目標物元件22、24、26確定的，因此，電子射線28在目標物2上的形狀、大小和聚集處的干擾影響，對于X射線管20的焦點的形狀、大小和位置不產生作用，根據圖5至圖7所示已在上文作過詳細描述。
因此，按本發明的X射線管20能夠以較少的設備費用，原則上僅使用一個聚焦裝置34，可使焦點的位置和大小尺寸具有高穩定性，并且在采用圖示的方法時，能夠達到一個特別高的分辨力和圖示質量。
權利要求
1.一種毫微聚焦型X射線管，它設有一個目標物(2)和用于校準目標物(2)上電子射線的裝置，其中，目標物(2)設有至少一個由一種目標物材料組成的用于發射X射線的目標物元件(6)，它是通過一個籍微結構化方法并在一個由一種承載體材料組成的承載體元件(4)上而組成的毫微結構構成的，其直徑約為≤1000nm，其中目標物元件(6)僅僅部分覆蓋了承載體元件(4)，其中，X射線管(20)在運行時，選擇電子射線的橫截面要大于目標物元件(6)的橫截面，這樣電子射線始終全面地射到目標物元件(6)上，其特征在于，所述承載體材料是金剛石或含有金剛石，添加金剛石用于提高導電性能。
2.根據權利要求1所述的毫微聚焦型X射線管，其特征在于，所述承載體元件(4)至少部分是由一種承載體材料組成，它的導熱系數為≥10W/(cm×K)，優選≥20W/(cm×K)。
3.根據前述權利要求其中之一項所述的毫微聚焦型X射線管，其特征在于，所述承載體元件(4)承載數個相隔有距離的目標物元件(22、24、26)。
4.根據前述權利要求其中之一項所述的毫微聚焦型X射線管，其特征在于，至少一個目標物元件(6、22、24、26)在基本圓形的范圍內。
5.根據前述權利要求其中之一項所述的目標物，其特征在于，所述目標物(2)設有一個過濾器(12)，該過濾器(12)對于目標物元件(6)或目標物元件(22、24、26)中所產生的X射線得以通過，而對于承載體元件(4)中所產生的X射線則予以阻擋。
6.根據前述權利要求其中之一項所述的毫微聚焦型X射線管，其特征在于，所述目標物(2)構成為傳送目標物。
全文摘要
本發明涉及一種毫微聚焦型X射線管20，它設有一個目標物4和用于校準目標物4上電子射線28的裝置。按照本發明，目標物4設有至少一個由一種目標物材料組成的用于發射X射線的目標物元件22、24、26，它是通過一個藉微結構化方法并在一個由一種承載體材料組成的承載體元件4上而組成的毫微結構構成的，其直徑約為≤1000nm，其中目標物元件6、22、24、26僅僅部分覆蓋了承載體元件4。當X射線管20運行時，選擇電子射線的橫截面要大于目標物元件6或22或24或26的橫截面，這樣電子射線28始終全面地射到目標物元件6或22或24或26上。按照本發明，承載體材料是金剛石或含有金剛石，添加金剛石用于提高導電性能。
文檔編號H05G1/00GK1971834SQ200610148430
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月7日 優先權日2005年11月7日
發明者A·萊哈德 申請人:科美特有限公司