基于图像采集卡的高分辨率X射线检测系统设计

　　0 引 言

　　随着电子科学技术的飞速发展，封装的小型化和组装的高密度化以及各种新型封装技术的不断涌现，BGA 器件得到了广泛应用[1，2]。BGA 封装技术具有引脚数目多，引线间电感和电容小等一系列优点，因而发展速度很快。虽然 BGA 封装器件的性能较其他封装器件的性能有很大的改善，但由于 BGA 封装器件的焊点都隐藏在器件体下，焊点缺陷的检测比较困难[3]。在检查和鉴别 BGA 器件的缺陷方面，电子测试通常是无能为力的，这在很大程度上增加了用于排除缺陷和返修时的费用支出。自动 X 射线检测技术( AXI) 成为了解决不可见焊点缺陷问题的主要方法。

　　本文介绍利用 Matrox 公司的 MeteorII-CameraLink 型号采集卡[4，5]和 HAWK—160XI 型 X 射线源等器件组成的印刷电路板缺陷检测系统，同步完成射线接收、光电转换、数字化的全过程。设计目标是在满足精度、速度要求的前提下，以低成本实现印刷电路板 BGA 器件缺陷检测功能。

　　1 系统设计

　　1. 1 系统硬件结构

　　射线检测机的总体设计如图 1 所示。系统主要由 3 个部分组成: 射线源控制部分、机械控制部分及图像采集传输部分。设备内部由微焦斑 X 射线源、三维载物运动平台、X 射线像增强器、图像采集卡、CCD 工业相机构成。设备外部分别为机械控制台和主控计算机构成。通过机械控制台操作三维载物台的运动状态。通过主控计算机可以控制:1) X 射线源工作参数( 管电压、管电流及开关状态) ; 2) 三维载物台的运动状态; 3) 采集卡工作状态。

　　1. 2 基本原理

　　系统检测关键部分如图 2 所示。利用 X 射线具有较强的穿透能力，穿透被测物的射线带有反映被测物内部结构的信息，通过射线强度的变化来检测与评判材料或工件内部各种宏观或微观缺陷的性质、大小及其分布情况。透过被测物体的 X 射线经过微通道板( MCP) 像增强器放大电子信号将 X 射线转换成可见光并转换到荧光屏上输出。选用高性能的 CCD 相机接收增强器上的可见光图像，并在计算机的控制下将采集的图像通过采集卡传到主控计算机上，图像在主控计算机上可以被进行一系列图像处理或者实时显示到屏幕上[6，7]。

　　系统的关键器件又可以分成 2 部分: 射线源控制部分和图像采集部分。其中射线源通过 RS—232 串口连接到主控计算机上，主控计算机通过软件控制射线源的打开。采集部分中采用了 12 位的黑白相机 LVDS 数字输出，采集卡通过 32bit/3 MHz PCI 总线与计算机连接将采集图像传输到计算机上实时显示或后期处理。