專利名稱：旋轉(zhuǎn)陽極的具有微結(jié)構(gòu)的光軌道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種旋轉(zhuǎn)陽極，它在光軌道(Brennbahn)的表面上有微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及ー種X射線設(shè)備，它有至少ー個這種旋轉(zhuǎn)陽扱。此外本發(fā)明涉及ー種制造旋轉(zhuǎn)陽極的方法，該方法包括在旋轉(zhuǎn)陽極光軌道的表面上加工微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明尤其有利地用于醫(yī)學(xué)的X射線設(shè)備。
背景技術(shù)：
在借助旋轉(zhuǎn)陽極產(chǎn)生醫(yī)學(xué)用途的X射線時，尤其典型地有鎢的光軌道遭受高的熱負荷。在形成X射線時(其中高能電子通過光軌道制動以及產(chǎn)生X射線作為韌致輻射)，在光軌道上溫度可達2500°C以上。這會導(dǎo)致光軌道提前老化。老化的光軌道表現(xiàn)為嚴重的裂紋形成和基于其鎢組織的再結(jié)晶出現(xiàn)巨晶粒生長，其中，X射線的劑量率隨裂紋形成的増加而降低。裂紋的形成可解釋為是由于高的周期性熱負荷(在旋轉(zhuǎn)陽極典型地具有在100與 20Hz之間的頻率時)，其中再結(jié)晶的鎢組織在快速的拉和壓應(yīng)カ序列下破壞。鎢組織的這種毀壞可發(fā)展到，甚至整個顆?；騾^(qū)域從光軌道脫落，這進一歩減小劑量率。此時旋轉(zhuǎn)陽極必須交付維修。為了延長鶴光軌道的使用壽命,可以使用0DS(0xide Dispersed Strengthening)法或VPS (Vakuum Plasma Spraying)法,它們有效地改變鶴的微組織。US7356122介紹了ー種X射線陽極，它有耐熱的光軌道區(qū)用于射入X射線陰極的電子，以產(chǎn)生X射線。耐熱的光軌道區(qū)有一種由間斷的隆凸和凹陷組成的表面結(jié)構(gòu)。隆凸具有的尺寸為50微米至500微米。凹陷具有的深度為10微米至20微米，以及具有的寬度為3微米至20微米。DE10360018A1公開了ー種X射線陽極，它具有一個能承高熱負荷的表面，其中在所涉及的表面內(nèi)設(shè)置規(guī)定的微細槽。微細槽基于使用激光束或高壓射水借助材料切除制成，此時改變朝槽底的射入方向相對于其寬度的角度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，并尤其提供ー種改進的(X射線)旋轉(zhuǎn)陽扱。上述技術(shù)問題通過ー種(X射線)旋轉(zhuǎn)陽極得以解決，旋轉(zhuǎn)陽極具有一個光軌道，該光軌道具有ー種存在于其表面上的微結(jié)構(gòu)，其中，微結(jié)構(gòu)借助反應(yīng)性離子深度蝕刻(英文“deep reactive ion etching”, DRIE)制成。通過反應(yīng)性離子深度蝕刻，可以在光軌道內(nèi)，尤其在具有鎢(或鎢合金)的光軌道內(nèi)，制成較深(為了降低應(yīng)力)和較窄(為了保持大的X射線有效表面)的結(jié)構(gòu)。與借助激光束和尤其借助射水的材料切除術(shù)相比，反應(yīng)性離子深度蝕刻，即使在大高寬比和窄結(jié)構(gòu)寬度的情況下，仍有高的結(jié)構(gòu)精度(小的制造公差)和高的脈沖前沿陡度的優(yōu)點。按ー項設(shè)計,微結(jié)構(gòu)有深度至少約40微米。業(yè)已證明，當(dāng)微結(jié)構(gòu)淺于約40微米(例如在10與20微米之間)吋，經(jīng)常還會在微結(jié)構(gòu)底部出現(xiàn)裂紋，它們導(dǎo)致顯著降低旋轉(zhuǎn)陽極的劑量率，甚至導(dǎo)致光軌道失效。與之相反，上述至少約40微米的深度，基于通過微結(jié)構(gòu)化造成自由的側(cè)表面，從而實現(xiàn)光軌道直至微結(jié)構(gòu)底部充分地卸荷。由此可提供一種比迄今壽命更長的旋轉(zhuǎn)陽扱。也就是說，這種旋轉(zhuǎn)陽極的優(yōu)點在于，它可以有效抑制基于工作時熱交變負荷在其表面內(nèi)形成裂紋。按ー種擴展設(shè)計，微結(jié)構(gòu)有深度至少約50微米。由此例如可以達到更可靠地抑制形成裂紋，因為此時可以顧及(例如在制造微結(jié)構(gòu)時的)制造公差。按ー項擴展設(shè)計，微結(jié)構(gòu)有深度約達150微米，尤其約達100微米。這種深度可以特別有效地抑制裂紋形成。按再ー項擴展設(shè)計，微結(jié)構(gòu)有至少ー個溝或槽。按這種設(shè)計可以制備ー種特別長和能比較容易制造的微結(jié)構(gòu)。由此還可以在光軌道表面內(nèi)良好地規(guī)定應(yīng)力分布。此外，這種溝可以在表面損失比較小并因而劑量率較少降低的同時，有效地減小光軌道內(nèi)的應(yīng)力。而 且留下的絕大部分表面對于由微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生X射線保持基本上沒有影響。按另ー項擴展設(shè)計，微結(jié)構(gòu)，尤其至少ー個溝，具有的寬度在2微米與15微米之間，尤其在3微米與10微米之間，尤其在5微米與10微米之間。這在光軌道的材料卸荷與基于面積損失對劑量率微小影響之間得到特別有利的妥協(xié)。按另ー項擴展設(shè)計，微結(jié)構(gòu)具有多個布設(shè)成網(wǎng)格模式的溝。因此可以在熱交變負荷的情況下以簡單的方式使一個大的表面有效卸荷。在這種情況下余留的未結(jié)構(gòu)化的表面具有一種棋盤式的模式。還有ー項擴展設(shè)計是，基本上互相平行延伸的相鄰溝的間距在約100微米與約300微米之間。這同樣可以保持高的劑量率。此外的ー項擴展設(shè)計是，溝的寬度與基本上平行延伸的相鄰溝的間距之比至少等于O. I。如此設(shè)計也可以保持高的劑量率。再有一項擴展設(shè)計是，光軌道具有鎢。在這里，光軌道可以包括純鎢或鎢的合金，例如錸鎢合金，尤其含錸的份額為約5%至約10%。光軌道的厚度可例如為1mm。所述技術(shù)問題還通過ー種尤其醫(yī)學(xué)用途的X射線設(shè)備得以解決，其中，X射線設(shè)備具有至少ー個如上所述的旋轉(zhuǎn)陽扱。這種X射線設(shè)備具有與如上所述旋轉(zhuǎn)陽極相同的優(yōu)點，而且也可以類似地設(shè)計。此外，所述技術(shù)問題通過ー種用于制造旋轉(zhuǎn)陽極的方法得以解決，其中，本方法包括借助反應(yīng)性離子深度蝕刻在旋轉(zhuǎn)陽極光軌道的表面內(nèi)加工微結(jié)構(gòu)。


結(jié)合下面示意性表示的附圖以及借助附圖詳細說明的實施例，可以更清楚和更明確地理解本發(fā)明的上述特性、特征和優(yōu)點以及它們?nèi)绾芜_到的方式和方法。其中為了能看得清楚，相同或作用相同的部分可采用同樣的附圖標記。圖I表示按本發(fā)明用于醫(yī)學(xué)目的的X射線設(shè)備的旋轉(zhuǎn)陽極光軌道具有微結(jié)構(gòu)的表面局部俯視圖；圖2-7用剖切側(cè)視圖表示制造微結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性離子深度蝕刻過程。
具體實施例方式圖I表示用于醫(yī)學(xué)目的的X射線設(shè)備R的旋轉(zhuǎn)陽極I的局部俯視圖，確切地說是光軌道3 (自由)表面2的俯視圖，在光軌道3上造成電子束的焦斑。光軌道3由深度(垂直進入圖紙平面)約1_的鎢錸合金組成。光軌道3的表面2具有微結(jié)構(gòu)4，形式上為矩形網(wǎng)格狀加工的直線槽或溝5。光軌道3留下沒有結(jié)構(gòu)化的表面2則設(shè)計為棋盤狀。每個溝5具有的深度t (垂直進入圖紙平面)在50微米與100微米之間。為了在沒有結(jié)構(gòu)化的表面2的防開裂卸荷與由于微結(jié)構(gòu)4帶來小的面積損失之間達到良好妥協(xié)，溝5分別具有的寬度b在5微米與10微米之間。為了同一個目的，平行延伸的相鄰溝5的間距d在約100微米與300微米之間。因此溝5的寬度b與平行延伸的相鄰溝5間距d之比至少等于O. I。 溝5通過反應(yīng)性離子深度蝕刻制成，如下面詳細說明的那樣。為此圖2至圖7用剖切側(cè)視圖表示制造溝5的反應(yīng)性離子深度蝕刻過程。反應(yīng)性離子深度蝕刻是ー種交替干蝕刻過程，其中蝕刻步驟和鈍化步驟輪流進行。要達到的目的是，盡可能有方向性地垂直于光軌道3表面2進行蝕刻。以此方式可以蝕刻出非常窄的溝5。如圖2所示，首先在由鎢(包括鎢合金在內(nèi))組成的光軌道3的表面2上鋪蓋ー個例如光刻技術(shù)制成的掩膜6。掩膜6可例如由光致抗蝕劑或鋁組成。掩膜6覆蓋光軌道3上那些不應(yīng)結(jié)構(gòu)化的部位。接著開始真正的蝕刻過程。為此例如將在氣體載體(例如氬)內(nèi)的四氟甲烷(CF4),引入包括處于其中的光軌道3的反應(yīng)器內(nèi)。通過產(chǎn)生一種高能的高頻等離子體，由CF4形成一種反應(yīng)性氣體。與離子在電場內(nèi)加速同時，在外露的鎢上疊加化學(xué)(各向同性)的蝕刻反應(yīng)(通過由CF4生成的原子團)以及物理(定向性)的材料切除(借助氬離子通過濺射)。這表示在圖3中。如圖4所示，在短時間后蝕刻過程停止以及引入由八氟環(huán)丁烷(C4F8)和氬組成作為氣體載體的氣體混合物。八氟環(huán)丁烷在反應(yīng)器的等離子體內(nèi)活化并在整個光軌道3上生成一個聚合物鈍化層9，確切地說，這不僅在掩膜6上，而且在溝5的底7和垂直側(cè)壁8上。以此方式保護側(cè)壁8防止今后繼續(xù)化學(xué)切除材料，以保證整個過程的定向性。然后通過接著如圖5所示重復(fù)的蝕刻過程，通過蝕刻反應(yīng)定向的物理分量(離子)，使底7的鈍化層9比側(cè)壁8上的鈍化層9去除得快得多。重復(fù)按圖3和圖4或圖5的步驟，直至溝5達到期望的深度t，如圖6所示。最后，在蝕刻后，如圖7所示，去除掩膜6的材料和在側(cè)壁8上的鈍化層9。通過反應(yīng)性離子深度蝕刻形成的溝5 (以及總稱微結(jié)構(gòu))，例如與通過激光束或射水切除材料不同，尤其如圖7中表示的那樣，在側(cè)壁8上有典型的水平齒紋或波紋。這種波紋不影響溝5減小應(yīng)力的有效性。雖然本發(fā)明通過表示的實施例已進行了詳細的圖示并說明，但本發(fā)明不受此限制以及專業(yè)人員可由此引出不同的變更方案，都不脫離本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.ー種旋轉(zhuǎn)陽極(1)，具有光軌道(3),所述光軌道具有存在于其表面(2)上的微結(jié)構(gòu)(4)，其特征為所述微結(jié)構(gòu)(4)借助反應(yīng)性離子深度蝕刻制成。
2.按照權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)陽極(1)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)(4)具有的深度(t)至少約40微米，尤其至少約50微米。
3.按照權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)陽極(1)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)(4)具有的深度(t)約達150微米，尤其約達100微米。
4.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的旋轉(zhuǎn)陽極(1)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)(4)具有的寬度(b)在2微米與15微米之間，尤其在3微米與10微米之間，尤其在5微米與10微米之間。
5.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的旋轉(zhuǎn)陽極(1)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)(4)具有至少ー個溝(5)。
6.按照權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)陽極(I)，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)(4)具有多個布設(shè)成網(wǎng)格模式的溝(5)。
7.按照權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)陽極(1)，其特征在于，基本上互相平行延伸的相鄰溝(5)的間距(d)在約100微米與300微米之間。
8.按照權(quán)利要求6至7之一所述的旋轉(zhuǎn)陽極(1)，其特征在于，所述溝(5)的寬度(b)與基本上平行延伸的相鄰溝(5)的間距(d)之比至少等于O. I。
9.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的旋轉(zhuǎn)陽極(1)，其特征在于，所述光軌道(3)具有鎢。
10.一種尤其醫(yī)學(xué)用途的X射線設(shè)備(R)，其特征在干，X射線設(shè)備(R)具有至少ー個按照前列諸權(quán)利要求之一所述的旋轉(zhuǎn)陽極(I)。
11.一種用于制造旋轉(zhuǎn)陽極(I)的方法，其特征在于，本方法包括借助反應(yīng)性離子深度蝕刻在旋轉(zhuǎn)陽極(I)的光軌道(3)的表面(2)內(nèi)加工微結(jié)構(gòu)(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)陽極(1)，具有光軌道(3)，該光軌道局有存在于其表面(2)上的微結(jié)構(gòu)(4)，其中，所述微結(jié)構(gòu)(4)借助反應(yīng)性離子深度蝕刻制成。在一種用于制造這種旋轉(zhuǎn)陽極(1)的方法中，借助反應(yīng)性離子深度蝕刻制造所述的微結(jié)構(gòu)(4)。本發(fā)明尤其有利地用于醫(yī)學(xué)的X射線設(shè)備。
文檔編號H01J35/10GK102856144SQ20121021650
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者J.弗羅伊登伯格, S.蘭彭舍夫, W.沙夫, S.沃爾特 申請人:西門子公司