高分辨力印制电路板X射线检测系统

随着电子科学技术的飞速发展,封装小型化和组装高密度化以及各种新型封装技术的不断涌现,对表面贴装技术(SMT)组装产品的质量检测提出了严格的要求。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。自动X射线检测技术(AXI)成为了解决问题的主要方法。它不仅可对隐藏焊点进行检测,如BGA(球栅阵列封装)等,还能对检测结果进行定性、定量分析,及时发现电子组装故障,进一步提高生产工艺水平和生产质量。介绍了一套基于X射线的印制电路板缺陷实时检测系统,可同步完成射线接收、光电转换和数字化的全过程。

1　系统组成及功能

1.1　检测系统组成

射线检测机的总体设计如图1所示。系统主要由三个部分组成:射线源控制部分、机械控制部分及图像采集传输部分。

设备壳体内部由微焦斑X射线源、四维载物运动平台、MCP-X射线像增强器和CMOS工业相机构成。设备外部分别由急停开关、控制台、主控计算机和显示器构成。用户可以通过控制台操作四维载物运动平台的运动状态。通过主控计算机控制X射线源管电压、管电流及开关状态;四维载物运动平台的运动状态;相机工作状态。急停开关可以在突发状态下立即切断X射线源和四维载物运动平台的电源,防止射线辐射的泄露和载物台运动所发生的机械损伤。

1.2　系统功能

微焦斑X射线源能产生35~80 kV的X射线,可穿过焊接好的BGA芯片,电流很低(0.01~0.25 mA)且连续可调,功率很低,其整体效率较高。X射线穿过待测物体PCB板后强度发生变化, X射线探测器由MCP-X射线像增强器和工业级CMOS相机构成,MCP-X像增强器将X光强度的变化转化成可见光图像显示在荧光屏上,CMOS相机采集荧光屏上的可见光图像转化成数字化图像并传输给计算机,系统关键结构如图2所示。设计系统具有系统控制的功能,可由外部控制载物台或软件控制X,Y,Z方向移动来选择PCB板检测位置。采用专业的射线图像处理软件能够观测到PCB板的X光影像图并可以对图像进行像质增强、尺寸测量和故障判断等,能够实时观察被测对象,保存检测图像以便后期分析处理。

整个系统能够方便快捷地操作,从图像采集到图像处理分析都有软件提供良好的支持,软件界面友好,功能完善,达到了缺陷检测的要求,软件功能框图如图3所示。

2　X射线成像系统性能分析

可以用多项技术性能指标来评价X射线实时成像系统的质量特性,其中系统分辨力是最重要的。系统中每一个子系统发生变化,都会引起系统分辨力综合性能的变化,抓住了系统分辨力这个综合指标就等于抓住了射线成像系统的关键。射线源焦点尺寸和增强器的分辨力对系统分辨力影响最大,下面详细分析射线源焦点和增强器对分辨力的影响。