KR102295279B1

KR102295279B1 - Field Emission X-Ray Source Device And Manufacturing Process Thereof

Info

Publication number: KR102295279B1
Application number: KR1020190040686A
Authority: KR
Inventors: 김영광
Original assignee: 주식회사 바텍; (주)바텍이우홀딩스
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2021-08-30
Anticipated expiration: 2039-04-08
Also published as: KR20200118593A

Abstract

본 발명에 따르면, 전자 방출원이 구비된 캐소드 전극에 대하여 게이트 전극이 정렬된 상태로 그 상대적인 위치가 고정되도록, 게이트 정렬 어댑터를 포함하여 구성된 전계 방출 엑스선 소스 장치와 그 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는, 타겟이 구비된 애노드 전극; 전자 방출원이 구비된 캐소드 전극; 상기 타겟과 상기 전자 방출원 사이에 배치된 게이트 정렬 어댑터; 상기 게이트 정렬 어댑터에 접합된 게이트 전극; 양단이 상기 애노드 전극과 상기 게이트 정렬 어댑터에 접합된 튜브 형의 제 1 절연 스페이서; 및 양단이 상기 게이트 정렬 어댑터와 상기 케이트 전극에 접합된 튜브 형의 제 2 절연 스페이서를 포함하여 구성된다. According to the present invention, a field emission X-ray source device including a gate alignment adapter and a manufacturing method thereof are provided so that a gate electrode is aligned and its relative position is fixed with respect to a cathode electrode provided with an electron emission source. A field emission X-ray source device according to the present invention includes an anode electrode provided with a target; a cathode electrode provided with an electron emission source; a gate alignment adapter disposed between the target and the electron emission source; a gate electrode bonded to the gate alignment adapter; a tubular first insulating spacer having both ends joined to the anode electrode and the gate alignment adapter; and a tubular second insulating spacer having both ends joined to the gate alignment adapter and the gate electrode.

Description

Field Emission X-Ray Source Device And Manufacturing Process Thereof

본 발명은 전계 방출 엑스선 소스 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 진공 상태의 튜브 내에서 캐소드 전극상에 배치된 전자 방출원으로부터 방출되어 가속된 전자를 애노드 전극상의 타겟에 충돌시켜 엑스선을 방출하는 전계 방출 엑스선 소스 장치와, 진공 접합 공정을 포함하여 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a field emission X-ray source device and a method for manufacturing the same. More specifically, a field emission X-ray source device that emits X-rays by colliding accelerated electrons emitted from an electron emission source disposed on a cathode electrode in a tube in a vacuum state to a target on the anode electrode, and a vacuum bonding process. and to a method for manufacturing it.

종래의 전계 방출 엑스선 소스(Field Emission X-ray Source)는 진공 상태의 공간에, 캐소드(cathode) 전극 상에 설치된 전자 방출원(emitter)과, 그에 인접하게 설치된 게이트(gate) 전극을 구비하고, 게이트 전극과 전자 방출원 사이에 형성된 전계에 의해 전자가 방출되도록 구성된다. 게이트 전극은 전자 방출원의 배열에 따라 다수의 홀이 배열된 메쉬(mesh)형 전극판을 갖는다. 전자 방출원(emitter)으로부터 방출된 전자 빔(electron beam)이 이러한 홀을 통과하여 진행하면, 애노드(anode) 전극과 캐소드(cathode) 전극 사이에 수~수십 kV의 전위로 형성된 전계에 의해 전자가 가속되고, 가속된 전자 빔이 애노드 측에 설치된 엑스선 타겟(target)을 타격함으로써 엑스선이 방출된다. A conventional field emission X-ray source includes an electron emission source installed on a cathode electrode and a gate electrode installed adjacent thereto in a vacuum space, It is configured such that electrons are emitted by an electric field formed between the gate electrode and the electron emission source. The gate electrode has a mesh-type electrode plate in which a plurality of holes are arranged according to the arrangement of electron emission sources. When an electron beam emitted from an electron emitter passes through these holes, electrons are generated by the electric field formed between the anode electrode and the cathode electrode at a potential of several to tens of kV. X-rays are emitted by the accelerated, accelerated electron beam hitting an X-ray target installed on the anode side.

전계 방출 엑스선 소스 장치에서 캐소드 전극, 애노드 전극과 같은 금속 전극 부재들은 주로 세라믹 소재로 만들어진 절연성 스페이서에 의해 서로 전기적으로 절연되도록 이격 배치된다. 절연성 스페이서들은 상기 금속 전극 부재들과 접합되어 밀폐된 공간을 형성한다. 금속 재질의 전극 부재와 세라믹 재질의 절연성 스페이서는 진공 브레이징 공정을 통해 접합됨으로써 이들 내부에 진공 상태의 밀폐된 공간을 형성한다. In the field emission X-ray source device, metal electrode members such as a cathode electrode and an anode electrode are spaced apart from each other to be electrically insulated from each other by an insulating spacer mainly made of a ceramic material. The insulating spacers are bonded to the metal electrode members to form a sealed space. The metal electrode member and the ceramic insulating spacer are joined through a vacuum brazing process to form a sealed space in a vacuum state therein.

브레이징(Brazing)은 모재와 모재 사이의 용가재를 용융시켰다가 다시 응고시켜 두 모재를 서로 접합하는 기술로서, 진공 브레이징은 진공 챔버 내에서 브레이징 공정을 진행하는 기술을 의미한다. 진공 브레이징은 전계 방출 엑스선 소스와 같은 진공 소자의 제조시에, 내부를 원하는 진공도로 형성함과 동시에 브레이징 접합을 통해 기밀성을 확보할 수 있어 유용하다. Brazing is a technique for bonding two base materials by melting and solidifying the filler metal between the base metal and the base metal. Vacuum brazing refers to a technique of performing a brazing process in a vacuum chamber. Vacuum brazing is useful in manufacturing a vacuum device such as a field emission X-ray source, since it is possible to secure the airtightness through brazing bonding while forming the inside to a desired degree of vacuum.

이와 같은 이유로 전계 방출 엑스선 소스의 제조시에 진공 브레이징 공정이 활용되어 왔다. 그러나 여전히 해결하기 어려운 문제점이 있다. 절연성 스페이서를 사이에 두고 전자 방출원이 배치된 캐소드 전극 부재와 게이트 전극 부재를 접합할 때, 게이트 전극의 메쉬형 전극판에 형성된 다수의 홀이 캐소드 전극 상에 배치된 다수의 전자 방출원 팁의 위치에 맞게 정렬되어야 한다. 그런데 진공 브레이징 공정은 진공 챔버 내에서 진행되기 때문에 이들을 정확히 정렬시키기 어렵다. 또한, 정렬이 이루어졌다 해도 브레이징 진행 중에 용가재가 용융되어 유동성이 생겼을 때 정렬 상태가 틀어지는 경우가 많다. For this reason, a vacuum brazing process has been utilized in the manufacture of the field emission X-ray source. However, there are still problems that are difficult to solve. When bonding the cathode electrode member and the gate electrode member having the electron emission source disposed therebetween with an insulating spacer therebetween, a plurality of holes formed in the mesh-type electrode plate of the gate electrode are formed on the tip of the plurality of electron emission sources disposed on the cathode electrode. It should be aligned in position. However, since the vacuum brazing process is performed in a vacuum chamber, it is difficult to accurately align them. In addition, even if alignment is made, when the filler metal is melted and fluidity is generated during brazing, the alignment is often misaligned.

본 발명은, 전술한 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 전자 방출원이 구비된 캐소드 전극에 대하여 게이트 전극이 정렬된 상태로 그 상대적인 위치가 고정되도록, 게이트 정렬 어댑터를 포함하여 구성된 전계 방출 엑스선 소스 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and a field emission X-ray source configured to include a gate alignment adapter so that a gate electrode is aligned and its relative position is fixed with respect to a cathode electrode provided with an electron emission source. The purpose is to provide a device.

또한, 본 발명은 상기 게이트 정렬 어댑터를 이용하여 캐소드 전극에 대해 게이트 전극이 정렬된 상태로 이들 부재가 고정되도록 하는, 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a field emission X-ray source device in which these members are fixed in a state in which a gate electrode is aligned with respect to a cathode electrode using the gate alignment adapter.

전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는, 타겟이 구비된 애노드 전극; 전자 방출원이 구비된 캐소드 전극; 상기 타겟과 상기 전자 방출원 사이에 배치된 게이트 정렬 어댑터; 상기 게이트 정렬 어댑터에 접합된 게이트 전극; 양단이 상기 애노드 전극과 상기 게이트 정렬 어댑터에 접합된 튜브 형의 제 1 절연 스페이서; 및 양단이 상기 게이트 정렬 어댑터와 상기 케이트 전극에 접합된 튜브 형의 제 2 절연 스페이서를 포함하여 구성된다. In order to solve the above problems, a field emission X-ray source device according to an aspect of the present invention includes an anode electrode provided with a target; a cathode electrode provided with an electron emission source; a gate alignment adapter disposed between the target and the electron emission source; a gate electrode bonded to the gate alignment adapter; a tubular first insulating spacer having both ends joined to the anode electrode and the gate alignment adapter; and a tubular second insulating spacer having both ends joined to the gate alignment adapter and the gate electrode.

상기 전자 방출원은 복수의 팁 형상이고, 상기 게이트 전극은 상기 복수의 팁에 대응되는 메쉬 형상일 수 있다. The electron emission source may have a plurality of tip shapes, and the gate electrode may have a mesh shape corresponding to the plurality of tips.

상기 게이트 정렬 어댑터와 상기 제 1 및 제 2 절연 스페이서는 브레이징 접합되고, 상기 게이트 정렬 어댑터와 상기 게이트 전극은 용접될 수 있다. The gate alignment adapter and the first and second insulating spacers may be brazed, and the gate alignment adapter and the gate electrode may be welded.

상기 게이트 정렬 어댑터는 외부 회로로부터 상기 게이트 전극으로 전기적 신호를 전달할 수 있다. The gate alignment adapter may transfer an electrical signal from an external circuit to the gate electrode.

본 발명의 한 측면에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 방법은, 튜브 형의 제 1 절연 스페이서를 사이에 두고 전자 방출원이 구비된 캐소드 전극과 게이트 정렬 어댑터를 접합하는 제 1 진공 접합 공정; 게이트 전극을 상기 게이트 정렬 어댑터에 접합하는 게이트 정렬 접합 공정; 및 튜브 형의 제 2 절연 스페이서를 사이에 두고 상기 게이트 정렬 어댑터와 타겟이 구비된 애노드 전극을 접합하는 제 2 진공 접합 공정을 포함하여 구성된다. A method of manufacturing a field emission X-ray source device according to an aspect of the present invention includes: a first vacuum bonding process of bonding a cathode electrode provided with an electron emission source and a gate alignment adapter with a tubular first insulating spacer interposed therebetween; a gate alignment bonding process of bonding a gate electrode to the gate alignment adapter; and a second vacuum bonding process of bonding the gate alignment adapter and the target-equipped anode electrode with a tubular second insulating spacer interposed therebetween.

상기 제 1 진공 접합 공정 및 제 2 진공 접합 공정은 브레이징 공정을 포함할 수 있다. The first vacuum bonding process and the second vacuum bonding process may include a brazing process.

상기 전자 방출원은 복수의 팁 형상이고, 상기 게이트 전극은 상기 복수의 팁에 대응되는 메쉬 형상이며, 상기 게이트 정렬 접합 공정은, 상기 복수의 팁과 상기 메쉬가 일대일 대응 정렬되게 접합할 수 있다. The electron emission source may have a plurality of tip shapes, the gate electrode may have a mesh shape corresponding to the plurality of tips, and in the gate alignment bonding process, the plurality of tips and the mesh may be bonded in a one-to-one correspondence.

상기 게이트 정렬 접합 공정은, 대기 중에서 용접으로 진행될 수 있다.The gate alignment bonding process may be performed by welding in the atmosphere.

본 발명에 따르면, 전자 방출원이 구비된 캐소드 전극에 대하여 게이트 전극이 정렬된 상태로 그 상대적인 위치가 고정되도록, 게이트 정렬 어댑터를 포함하여 구성된 전계 방출 엑스선 소스 장치가 제공된다. According to the present invention, there is provided a field emission X-ray source device configured to include a gate alignment adapter so that a gate electrode is aligned with respect to a cathode electrode provided with an electron emission source and the relative position thereof is fixed.

또한, 상기 게이트 정렬 어댑터를 이용하여 캐소드 전극에 대해 게이트 전극이 정렬된 상태로 이들 부재가 고정되도록 하는, 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 방법이 제공된다. In addition, there is provided a method of manufacturing a field emission X-ray source device in which these members are fixed in a state in which a gate electrode is aligned with a cathode electrode using the gate alignment adapter.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 단면을 보인다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 공정 중 제1 진공 접합 공정을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 공정 중 게이트 정렬 접합 공정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 공정 중 제2 진공 접합 공정을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 방법을 개략적으로 보인다.1 is a cross-sectional view of a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a first vacuum bonding process in a manufacturing process of a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a gate alignment bonding process during a manufacturing process of a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a second vacuum bonding process during a manufacturing process of a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.
5 schematically shows a method of manufacturing a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The technical spirit of the present invention may be more clearly understood through the embodiments. In addition, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be modified in various forms within the scope of its technical spirit.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 단면을 보인다. 1 is a cross-sectional view of a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.

먼저, 본 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 전체적인 구성을 살펴본다. 본 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는 튜브형의 절연 스페이서(10, 11)와 상기 절연 스페이서(10, 11)의 양단에 접합된 전극 등 금속 부재를 포함한다. 상기 금속 부재에는 애노드 전극(20)과, 상기 애노드 전극(20)의 반대편에 배치된 캐소드 전극(40), 이들 사이에 배치된 게이트 전극(50)과, 게이트 정렬 어댑터(60)가 포함된다. First, the overall configuration of the field emission X-ray source device according to the present embodiment will be described. The field emission X-ray source device according to the present embodiment includes tubular insulating spacers 10 and 11 and a metal member such as electrodes bonded to both ends of the insulating spacers 10 and 11 . The metal member includes an anode electrode 20 , a cathode electrode 40 disposed opposite to the anode electrode 20 , a gate electrode 50 disposed between them, and a gate alignment adapter 60 .

상기 애노드 전극(20)에는 경사면에는 텅스텐 재질의 엑스선 타겟이 마련되고, 상기 캐소드 전극(40) 상에는 다수의 전자 방출원(42)이 배열된다. 상기 전자 방출원(42)은 도시된 바와 같이, 별도의 전자 방출원 기판(41)에 마련되어 캐소드 전극(40)에 결합될 수도 있다. 다수의 전자 방출원(42)은 캐소드 전극(40) 표면에 직접 형성될 수도 있다. An X-ray target made of tungsten is provided on an inclined surface of the anode electrode 20 , and a plurality of electron emission sources 42 are arranged on the cathode electrode 40 . The electron emission source 42 may be provided on a separate electron emission source substrate 41 and coupled to the cathode electrode 40 as shown. The plurality of electron emission sources 42 may be formed directly on the surface of the cathode electrode 40 .

상기 전자 방출원(42)은 예컨대 탄소나노튜브와 같은 다수의 나노 구조물을 이용한 것일 수 있다. 탄소나노튜브를 이용한 전자 방출원(42)의 경우 상기 전자 방출원 기판(41) 또는 캐소드 전극(40) 표면에 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 다수의 탄소나노튜브를 직접 성장시키거나, 탄소나노튜브 페이스트를 도포한 후 소성하는 등의 방법으로 형성될 수 있다. The electron emission source 42 may be, for example, using a plurality of nanostructures such as carbon nanotubes. In the case of the electron emission source 42 using carbon nanotubes, a plurality of carbon nanotubes are directly grown on the surface of the electron emission source substrate 41 or the cathode electrode 40 by chemical vapor deposition (CVD), or carbon It may be formed by a method such as baking after applying the nanotube paste.

튜브형의 상기 절연 스페이서(10, 11)는 세라믹, 유리 또는 실리콘 등의 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 알루미나(Al₂O₃) 세라믹스와 같은 소재로 만들어질 수 있다. 상기 절연 스페이서(10, 11)가 절연 물질로 이루어짐에 따라 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 상기 애노드 전극(20), 상기 캐소드 전극(40), 및 상기 게이트 전극(50)이 서로 전기적으로 절연된다. 상기 게이트 전극(50)은 상기 전자 방출원(42)에 가깝게 배치되어, 입력된 신호에 따라 전자 방출을 개시하는 전계를 형성한다. 상기 게이트 전극(50)은 전자 빔이 통과할 수 있도록 다수의 게이트 홀이 형성된 메쉬(mesh)형 전극판(50M)을 포함한다. 한편, 상기 게이트 전극(50)은 상기 애노드 전극(20)을 향해 가속되는 전자빔을 그 중심부 쪽으로 집속하는 전계를 형성하는 집속 전극의 기능을 함께 수행하도록 전자빔 진행 방향을 따라 연장된 구간을 가질 수 있다. The tubular insulating spacers 10 and 11 may be made of an insulating material such as ceramic, glass, or silicon, and for example, may be made of a material such as alumina (Al ₂ O ₃ ) ceramics. As the insulating spacers 10 and 11 are made of an insulating material, the anode electrode 20 , the cathode electrode 40 , and the gate electrode 50 are electrically insulated from each other in the field emission X-ray source device. The gate electrode 50 is disposed close to the electron emission source 42 to form an electric field that initiates electron emission according to an input signal. The gate electrode 50 includes a mesh-type electrode plate 50M in which a plurality of gate holes are formed to allow electron beams to pass therethrough. On the other hand, the gate electrode 50 may have a section extending along the electron beam propagation direction so as to perform the function of a focusing electrode for forming an electric field that focuses the electron beam accelerated toward the anode electrode 20 toward the center thereof. .

이하에서는, 전술한 절연 스페이서(10, 11) 중에서 상기 애노드 전극(20)과 상기 게이트 정렬 어댑터(60) 사이에 배치된 것을 제 1 절연 스페이서(10)라 칭하고, 상기 게이트 정렬 어댑터(60)와 상기 캐소드 전극(40) 사이에 배치된 것을 제 2 절연 스페이서(11)라 칭하기로 한다. Hereinafter, among the aforementioned insulating spacers 10 and 11 , the one disposed between the anode electrode 20 and the gate alignment adapter 60 is referred to as a first insulating spacer 10 , and the gate alignment adapter 60 and The one disposed between the cathode electrodes 40 will be referred to as a second insulating spacer 11 .

상기 게이트 정렬 어댑터(60)는 도전성 금속 소재로 이루어진 것으로, 상기 제 1 절연 스페이서(10)와 상기 제 2 절연 스페이서(11)의 사이에 배치되고, 이들과 접합된다. 상기 게이트 정렬 어댑터(60)는 외측 주연부(61)가 원통형으로 형성되어, 상기 제 1 및 제 2 절연 스페이서(10, 11)와 함께 상기 애노드 전극(20)과 상기 캐소드 전극(40) 사이에서 전계 방출 엑스선 소스 장치의 내부 공간을 정의한다. 상기 게이트 정렬 어댑터(60)는 적어도 일부가 상기 제 1 및 제 2 절연 스페이서(10, 11)의 내벽보다 상기 내부 공간의 안쪽으로 연장되어 그 위에 상기 게이트 전극(50)의 일부를 지지하도록 형성된 안착부(63)를 갖는다. 게이트 전극(50)은 도전체로 이루어진 상기 게이트 정렬 어댑터(60)를 통해 장치 외부의 회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 상기 게이트 정렬 어댑터(60)는 상기 내부 공간에서도 상기 캐소드 전극(40)과 소정의 거리 이상 간격을 두어 서로 절연이 유지되도록 배치된다. The gate alignment adapter 60 is made of a conductive metal material, is disposed between the first insulating spacer 10 and the second insulating spacer 11 , and is bonded thereto. The gate alignment adapter 60 has an outer periphery 61 formed in a cylindrical shape, and an electric field is formed between the anode electrode 20 and the cathode electrode 40 together with the first and second insulating spacers 10 and 11 . Defines the interior space of the emission X-ray source device. At least a portion of the gate alignment adapter 60 extends inward of the inner space rather than inner walls of the first and second insulating spacers 10 and 11 to support a portion of the gate electrode 50 thereon. It has a section (63). The gate electrode 50 may be electrically connected to a circuit external to the device through the gate alignment adapter 60 made of a conductor. On the other hand, the gate alignment adapter 60 is disposed to maintain insulation from each other by a predetermined distance or more from the cathode electrode 40 even in the internal space.

상기 게이트 정렬 어댑터(60)는 전체가 도전성 금속 소재로 이루어진 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 게이트 정렬 어댑터(60)에서 상기 안착부(63)의 적어도 일부가 도전성 금속 소재로 형성되고, 상기 적어도 일부로부터 외부의 회로까지 전기적인 연결이 확보된다면, 상기 게이트 정렬 어댑터(60)의 구조물 자체는 비금속 소재로 형성될 수도 있다. 다만, 이하에서는 게이트 정렬 어댑터(60)가 금속 소재로 형성된 예를 중심으로 설명하기로 한다.The entire gate alignment adapter 60 is preferably made of a conductive metal material, but is not limited thereto. For example, if at least a portion of the seating portion 63 of the gate alignment adapter 60 is formed of a conductive metal material and an electrical connection is secured from the at least a portion to an external circuit, the gate alignment adapter 60 ) of the structure itself may be formed of a non-metal material. However, hereinafter, an example in which the gate alignment adapter 60 is formed of a metal material will be mainly described.

상기 애노드 전극(20)과 상기 게이트 정렬 어댑터(60)는 상기 제 1 절연 스페이서(10)의 양단부와 진공 브레이징 등을 통해 기밀성을 갖도록 접합된다. 전술한 바와 같이, 상기 절연 스페이서(10)는 알루미나 세라믹스 등의 비금속 소재로 이루어졌기 때문에 금속 부재인 애노드 전극(20) 및 게이트 정렬 어댑터(60)와의 접합이 용이하지 않다. 기밀성 있는 안정적인 접합을 위해서는 상기 절연 스페이서(10)의 양단에 근접한 부분을 메탈라이징하여 접합성을 향상시킬 수 있다. 이점은 상기 제 2 절연 스페이서(11)의 양단부에 상기 게이트 정렬 어댑터(60)와 상기 캐소드 전극(40)이 접합된 부분에 대해서도 적용된다. 세라믹 소재의 표면을 메탈라이징 하면 용융된 금속 즉, 용융된 브레이징 필러에 대해 젖음성이 향상되기 때문에 금속과 세라믹 소재 사이의 기밀성 접합에 도움이 된다. The anode electrode 20 and the gate alignment adapter 60 are bonded to both ends of the first insulating spacer 10 to have airtightness through vacuum brazing or the like. As described above, since the insulating spacer 10 is made of a non-metal material such as alumina ceramics, bonding to the anode electrode 20 and the gate alignment adapter 60, which are metal members, is not easy. For stable and airtight bonding, the bonding property may be improved by metallizing a portion adjacent to both ends of the insulating spacer 10 . This also applies to a portion where the gate alignment adapter 60 and the cathode electrode 40 are joined to both ends of the second insulating spacer 11 . Metallizing the surface of the ceramic material helps in airtight bonding between the metal and the ceramic material because the wettability to the molten metal, that is, the molten brazing filler, is improved.

이하에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 방법을 중심으로 설명한다. 그러나 제조 방법의 설명에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자라면 제조 공정에 대한 설명을 통해 장치의 구성에 대해서도 좀 더 명확히 이해할 수 있을 것이다. Hereinafter, a method of manufacturing a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention will be mainly described. However, it is not limited only to the description of the manufacturing method. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to more clearly understand the configuration of the device through the description of the manufacturing process.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 공정 중 제 1 진공 접합 공정을 나타낸다.2 illustrates a first vacuum bonding process in a manufacturing process of a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.

제 1 진공 접합 공정은 진공 챔버(100) 내에서 캐소드 전극(40)과 제 2 절연 스페이서(11), 및 게이트 정렬 어댑터(60)를 접합하는 공정으로서, 전술한 진공 브레이징 공정을 포함한다. 캐소드 전극(40) 및 게이트 정렬 어댑터(60)에서 상기 제 2 절연 스페이서(11)의 상하단과 접하는 부분에는 조립을 용이하게 하고, 접합면이 더 안정적으로 확보되도록 상기 제 2 절연 스페이서(11)의 두께에 대응되는 단차부가 형성될 수 있다. The first vacuum bonding process is a process of bonding the cathode electrode 40 , the second insulating spacer 11 , and the gate alignment adapter 60 in the vacuum chamber 100 , and includes the vacuum brazing process described above. A portion of the cathode electrode 40 and the gate alignment adapter 60 in contact with the upper and lower ends of the second insulating spacer 11 facilitates assembly and secures a more stable bonding surface. A step portion corresponding to the thickness may be formed.

상기 게이트 정렬 어댑터(60)와 상기 제 2 절연 스페이서(11)의 접합부(66), 그리고 상기 제 2 절연 스페이서(11)와 상기 캐소드 전극(40)의 접합부(14)에는 용가재(Brazing Filler)를 배치하고, 진공 챔버(100) 내부가 진공 상태에 도달한 후에 내부 온도를 상기 용가재의 융점 온도보다 높였다가 다시 낮추면 전술한 세 개의 부재(40, 11, 60)가 서로 접합되어 제 1 조립체(A1)가 형성된다. 본 공정에서 진공 상태로 브레이징을 진행하는 것은 카본나노튜브 등을 포함하는 전자 방출원(42)이 고온의 공정 중에 산화되는 것을 방지하기 위함이다. 본 실시예와 같이 다수의 전자 방출원(42)이 캐소드 전극(40) 상에 배치된 채로 브레이징 접합 공정을 진행하는 경우에는 진공 챔버(100) 내에서 진행하는 것이 바람직하다. A brazing filler is applied to the junction portion 66 between the gate alignment adapter 60 and the second insulating spacer 11 and the junction portion 14 between the second insulating spacer 11 and the cathode electrode 40 . After the vacuum chamber 100 reaches a vacuum state, the internal temperature is raised above the melting point temperature of the filler metal and then lowered again, the three members 40 , 11 , 60 are bonded to each other and the first assembly A1 ) is formed. Brazing in a vacuum state in this process is to prevent the electron emission source 42 including carbon nanotubes from being oxidized during the high-temperature process. When the brazing bonding process is performed while the plurality of electron emission sources 42 are disposed on the cathode electrode 40 as in the present embodiment, it is preferable to proceed in the vacuum chamber 100 .

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 공정 중 게이트 정렬 접합 공정을 나타낸다.3 illustrates a gate alignment bonding process during a manufacturing process of a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.

좀 더 구체적으로, 도 3의 (a)는 전술한 제 1 진공 접합 공정을 통해 제작된 제 1 조립체(A1)의 상기 게이트 정렬 어댑터(60) 위에 게이트 전극(50)을 올리고, 비젼(vision) 카메라(200)로 상기 게이트 전극(50)를 위에서 내려다보는 모습을 보이고, 도 3의 (b)는 상기 비젼 카메라(200)로 촬영된 게이트 전극(50)의 메쉬형 전극판(50M) 부분과 확대된 그 일부분의 모습을 보인다. More specifically, (a) of FIG. 3 shows the gate electrode 50 being placed on the gate alignment adapter 60 of the first assembly A1 manufactured through the first vacuum bonding process described above, and the vision The camera 200 shows the gate electrode 50 looking down from the top, and (b) of FIG. 3 shows the mesh-type electrode plate 50M part of the gate electrode 50 photographed with the vision camera 200 and Shows the enlarged part of it.

게이트 정렬 접합 공정에서는, 상기 (a)와 (b)에 보이는 바와 같이, 비젼 카메라(200)가 포함된 정렬 장치를 이용하여, 캐소드 전극(40)에 대해 게이트 전극(50)을 정확하게 정렬시키고, 정렬 상태가 유지되도록 상기 게이트 전극(50)이 지지된 채로 상기 게이트 전극(50)을 상기 게이트 정렬 어댑터(60) 상에 접합한다. 정렬 방법의 일 예로, 다수의 전자 방출원(42)의 복수의 팁이 상기 메쉬형 전극판(50M)에 형성된 다수의 게이트 홀(52)의 중심에 위치하도록 상기 게이트 전극(50)의 위치를 조정할 수 있다. 이를 위해 상기 게이트 전극(50)에서 상기 게이트 정렬 어댑터(60)의 안착면(63)에 대응되는 단차면(53)은 상기 안착면(63)보다 다소 넓게 형성될 수 있다. In the gate alignment bonding process, as shown in (a) and (b) above, the gate electrode 50 is precisely aligned with the cathode electrode 40 using an alignment device including a vision camera 200, The gate electrode 50 is bonded to the gate alignment adapter 60 while the gate electrode 50 is supported so that the alignment state is maintained. As an example of the alignment method, the position of the gate electrode 50 is adjusted so that the plurality of tips of the plurality of electron emission sources 42 are located at the center of the plurality of gate holes 52 formed in the mesh-type electrode plate 50M. Can be adjusted. To this end, in the gate electrode 50 , the stepped surface 53 corresponding to the seating surface 63 of the gate alignment adapter 60 may be formed to be slightly wider than the seating surface 63 .

한편, 상기 게이트 정렬 어댑터(60)와 상기 게이트 전극(50)은 서로 용접에 의해 접합될 수 있다. 구체적인 용접 방식에 대해 제약은 없다. 다만, 본 공정이 대기 중에서 진행되어도 상기 전자 방출원(42)에 이상이 생기지 않도록 상기 접합부(65)에만 국소적으로 에너지를 가하는 용접 방식을 적용하는 것이 바람직하다. Meanwhile, the gate alignment adapter 60 and the gate electrode 50 may be bonded to each other by welding. There is no restriction on a specific welding method. However, it is preferable to apply a welding method in which energy is applied locally only to the junction part 65 so that an abnormality does not occur in the electron emission source 42 even if the present process is performed in the atmosphere.

상기 게이트 정렬 접합 공정의 결과물로서, 전술한 제 1 조립체(A1)에 상기 게이트 전극(50)이 접합된 제 2 조립체(A2)가 제공된다.As a result of the gate alignment bonding process, the second assembly A2 in which the gate electrode 50 is bonded to the first assembly A1 is provided.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 공정 중 제 2 진공 접합 공정을 나타낸다.4 illustrates a second vacuum bonding process during a manufacturing process of a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.

제 2 진공 접합 공정은 전술한 제 1 진공 접합 공정과 마찬가지로 진공 챔버(100) 내에서 진행된다. 전술한 제 2 조립체(A2)에 제 1 절연 스페이서(10)와 애노드 전극(20)을 추가적으로 조립하고, 상기 진공 챔버(100) 내에서 진공 브레이징 공정을 통해 이들을 접합한다. 상기 제 1 절연 스페이서(10)와 상기 게이트 정렬 어댑터(60) 사이의 접합부(16) 및 상기 제 1 절연 스페이서(10)와 상기 애노드 전극(20) 사이의 접합부(12)는 전계 방출 엑스선 소스 장치의 내부 공간이 목표 진공도에 도달한 상태에서 브레이징 접합되어, 상기 내부 공간을 밀폐시킨다.The second vacuum bonding process is performed in the vacuum chamber 100 like the above-described first vacuum bonding process. The first insulating spacer 10 and the anode electrode 20 are additionally assembled to the second assembly A2 described above, and these are joined through a vacuum brazing process in the vacuum chamber 100 . The junction 16 between the first insulating spacer 10 and the gate alignment adapter 60 and the junction 12 between the first insulating spacer 10 and the anode 20 are field emission X-ray source devices. In a state in which the inner space of the vacuum has reached the target vacuum level, it is brazed to seal the inner space.

상기 제 2 진공 접합 공정의 브레이징 온도는 전술한 제 1 진공 접합 공정에 사용된 용가재(브레이징 필러)의 융점보다 같거나 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 제 2 진공 접합 공정에는 제 1 진공 접합 공정에서 사용된 용가재보다 융점이 같거나 낮은 용가재가 사용된다. 다시 말해서, 상기 제 1 절연 스페이서(10)와 상기 게이트 정렬 어댑터(60) 사이의 접합부(16) 및 상기 제 1 절연 스페이서(10)와 상기 애노드 전극(20) 사이의 접합부(12)에 적용된 용가재는 제 2 절연 스페이서(11)와 상기 게이트 정렬 어댑터(60) 사이의 접합부(66) 및 상기 제 2 절연 스페이서(11)와 캐소드 전극(40)의 접합부(14)에 적용된 용가재보다 융점이 같거나 낮은 것이 바람직하다. 그 이유는 제 2 진공 접합 공정의 브레이징 온도가 제 1 진공 접합 공정의 브레이징 온도보다 더 높을 경우 자칫 제 1 진공 접합 공정으로 접합된 캐소드 전극(40)과 제 1 절연 스페이서(11)와 게이트 정렬 어댑터(60) 사이의 용가재가 재 용융되어 접합이 분리되거나 정렬이 틀어질 수 있기 때문이다.The brazing temperature of the second vacuum bonding process is preferably equal to or lower than the melting point of the filler metal (brazing filler) used in the first vacuum bonding process described above. Accordingly, in the second vacuum bonding process, a filler metal having the same or lower melting point than the filler metal used in the first vacuum bonding process is used. In other words, filler metal applied to the junction 16 between the first insulating spacer 10 and the gate alignment adapter 60 and the junction 12 between the first insulating spacer 10 and the anode electrode 20 . has the same melting point as the filler metal applied to the junction 66 between the second insulating spacer 11 and the gate alignment adapter 60 and the junction 14 between the second insulating spacer 11 and the cathode electrode 40, or Low is preferable. The reason is that if the brazing temperature of the second vacuum bonding process is higher than the brazing temperature of the first vacuum bonding process, the cathode electrode 40, the first insulating spacer 11, and the gate alignment adapter joined by the first vacuum bonding process may occur. This is because the filler metal between (60) is re-melted, and the joint may be separated or misaligned.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 방법을 개략적으로 보인다.5 schematically shows a method of manufacturing a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 방법은 전술한 바와 같이, 제 1 진공 접합 공정(S1)과, 게이트 정렬 접합 공정(S2), 그리고 제 2 진공 접합 공정(S3)을 포함하여 구성된다. 각 공정의 구체적인 구성 및 결과물 등은 앞에서 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 같다. As described above, the method for manufacturing a field emission X-ray source device according to an embodiment of the present invention includes a first vacuum bonding process S1, a gate alignment bonding process S2, and a second vacuum bonding process S3. consists of including The detailed configuration and results of each process are the same as those described above with reference to FIGS. 2 to 4 .

요약하자면, 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는 게이트 전극이 제 1 및 제 2 절연 스페이서와 직접 접합되지 않고, 이들과 게이트 정렬 어댑터를 통해 간접적으로 결합되도록 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치의 제조 방법은 먼저, 상기 게이트 정렬 어댑터를 캐소드 전극에 대하여 상대적으로 고정시키는 진공 브레이징의 제 1 진공 접합 공정(S1)과, 상기 게이트 정렬 어댑터에 상기 게이트 전극을 정렬시키며 상대적으로 고정 시키는 대기 중의 용접에 의한 게이트 정렬 접합 공정(S2), 그리고 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 진공 상태의 내부 공간을 형성하는 진공 브레이징의 제 2 진공 접합 공정(S3)으로 구성된다. In summary, the field emission X-ray source device according to the present invention is configured such that the gate electrode is not directly bonded to the first and second insulating spacers, but is indirectly coupled to them through a gate alignment adapter. In addition, the method of manufacturing the field emission X-ray source device according to the present invention includes first, a first vacuum bonding process (S1) of vacuum brazing for relatively fixing the gate alignment adapter with respect to the cathode electrode, and the gate alignment adapter to the gate alignment adapter. A gate alignment bonding process (S2) by welding in the atmosphere to align and relatively fix the electrodes, and a second vacuum bonding process (S3) of vacuum brazing to form an internal space in a vacuum state between the cathode and anode electrodes is composed

10: 제 1 절연 스페이서
11: 제 2 절연 스페이서 20: 애노드 전극
40: 캐소드 전극 41: 전자 방출원 기판
42: 전자 방출원 50: 게이트 전극
50M: 메쉬형 전극판 52: 게이트 홀
60: 게이트 정렬 어댑터 100: 진공 챔버10: first insulating spacer
11: second insulating spacer 20: anode electrode
40: cathode electrode 41: electron emission source substrate
42: electron emission source 50: gate electrode
50M: mesh-type electrode plate 52: gate hole
60: gate alignment adapter 100: vacuum chamber

Claims

anode electrode equipped with a target;
A tube-shaped first insulating spacer accommodating the target and having one end in contact with the anode electrode;
a gate alignment adapter in contact with the other end of the first insulating spacer and providing a seating portion inside the first insulating spacer;
a second insulating spacer having a tube shape, one end of which is in contact with the gate alignment adapter;
a cathode electrode having a plurality of tip-shaped electron emission sources in contact with the other end of the second insulating spacer and emitting electron beams toward the target; and
a gate electrode in contact with the gate alignment adapter within the first insulating spacer and disposed between the target and the electron emission source;
The gate electrode is
a cylindrical extension section in contact with the seating portion and focusing the electron beam emitted from the electron emission source toward the target;
and an electrode plate through which a mesh hole corresponding to the plurality of tip-shaped electron emission sources is penetrated and in contact with the extension section,
Field emission X-ray source device.

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The method of claim 1,
the gate alignment adapter and the first and second insulating spacers are brazed;
the gate alignment adapter and the gate electrode are welded,
Field emission X-ray source device.

The method of claim 1,
wherein the gate alignment adapter transfers an electrical signal from an external circuit to the gate electrode;
Field emission X-ray source device.

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