鮮飛(烽火通信科技股份有限公司，湖北 武漢 430074)

摘要：本文扼要的介紹X-ray檢測技術(shù)的原理及未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：X-ray檢測；線路板；BGA

中圖分類號：TN305．94 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，封裝的小型化和組裝的高密度化以及各種新型器件的不斷涌現(xiàn)，對裝聯(lián)質(zhì)量的要求也越來越高。于是對檢查的方法和技術(shù)提出了更高的要求。為滿足這一要求，新的檢測技術(shù)不斷出現(xiàn)，自動X—ray檢測技術(shù)(Automatic X-ray Inspection，簡稱AXI)是這其中的典型代表。它不僅可對不可見焊點進行檢測(如球柵陣列器件(BGA)等)，還可對檢測結(jié)果進行定性、定量分析，以便及早發(fā)現(xiàn)故障。本文就將簡要介紹一下x-ray檢測技術(shù)，以供同行參考。

1 幾種測試技術(shù)

目前，主要針對電子組裝過程采用的測試方式有以下幾種：

(1)人工目檢。
(2)飛針測試。
(3)ICT(1n—circuit tester)針床測試。
(4)自動光學(xué)檢查AOI(Automatic Optical InspeotiOn)
(5)功能測試(Functional Tester)

以上幾種檢測方式都有各自的優(yōu)點和不足之處：

▲人工目檢是一種用肉眼檢察的方法。其檢測范圍有限，只能檢察器件漏裝、方向極性、型號正誤、橋連以及部分虛焊。由于人工目檢易受人的主客觀因素的影響，具有很高的不穩(wěn)定性。在處理0603、0402和細(xì)間距芯片時人工目檢更加困難，特別是當(dāng)BGA器件大量采用時，對其焊接質(zhì)量的檢查，人工目檢幾乎無能為力。

▲飛針測試是一種機器檢查方式。它是以兩根探針對器件加電的方法來實現(xiàn)檢測的，能夠檢測器件失效、元件性能不良等缺陷。這種測試方式對插裝PCB和采用0805以上尺寸器件貼裝的密度不高的PCB比較適用。但是器件的小型化和產(chǎn)品的高密度化使這種檢測方式的不足表現(xiàn)明顯。對于0402級的器件由于焊點的面積較小探針已無法準(zhǔn)確連接。特別是高密度的消費類電子產(chǎn)品如手機等，MD探針會無法接觸到焊點。此外其對采用并聯(lián)電容、電阻等電連接方式的PCB也不能準(zhǔn)確測量。所以隨著產(chǎn)品的高密度化和器件的小型化，飛針測試在實際檢測工作中的使用量也越來越少。

▲ICT針床測試是一種廣泛使用的測試技術(shù)。其優(yōu)點是測試速度快，適合于單一品種大批量的產(chǎn)品。但是隨著產(chǎn)品品種的豐富和組裝密度的提高以及新產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短，其局限性也愈發(fā)明顯。其缺點主要表現(xiàn)為以下幾方面①需要專門設(shè)計測試點和測試模具，制造周期長，價格貴，編程時間長②器件小型化帶來的測試?yán)щy和測試不準(zhǔn)確；③PCB進行設(shè)計更改后，原測試模具將無法使用。

▲自動光學(xué)檢測(A0I)是近幾年興起的一種檢測方法。它是通過CCD照相的方式獲得器件或PCB的圖象，然后經(jīng)過計算機的處理和分析比較來判斷缺陷和故障。其優(yōu)點是檢測速度快，編程時間較短，可以放到生產(chǎn)線中的不同位置，便于及時發(fā)現(xiàn)故障和缺陷，使生產(chǎn)、檢測合二為一?？煽s短發(fā)現(xiàn)故障和缺陷時間，及時找出故障和缺陷的成因。因此它是目前采用得比較多的一種檢測手段。但AOI系統(tǒng)也存在不足，如不能檢測電路錯誤，同時對不可見焊點的檢測也無能為力。

▲功能測試。ICT能夠有效地查找在SMT組裝過程中發(fā)生的各種缺陷和故障，但是它不能夠評估整個線路板所組成的系統(tǒng)在時鐘速度時的性能。而功能測試就可以測試整個系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計目標(biāo)，它將線路板上的被測單元作為一個功能體，對其提供輸入信號，按照功能體的設(shè)計要求檢測輸出信號。這種測試是為了確保線路板能否按照設(shè)計要求正常工作。所以功能測試最簡單的方法，是將組裝好的某電子設(shè)備上的專用線路板連接到該設(shè)備的適當(dāng)電路上，然后加電壓，如果設(shè)備正常工作，就表明線路板合格。這種方法簡單、投資少，但不能自動診斷故障。

2 自動X射線檢查AXI(Automatic X-ray Inspection)

根據(jù)對各種檢測技術(shù)和設(shè)備的了解，AXI自動檢測技術(shù)與上述幾種檢測技術(shù)相比具有更多的優(yōu)點。它可使我們的檢測系統(tǒng)得到較高的提升。為
我們提高“一次通過率”和爭取“零缺陷”的目標(biāo)，提供一種有效檢測手段。

2．1 AXI檢測原理

AXI是近幾年才興起的一種新型測試技術(shù)。當(dāng)組裝好的線路板(PCBA)沿導(dǎo)軌進入機器內(nèi)部后，位于線路板上方有一X-Ray發(fā)射管，其發(fā)射的X射線穿過線路板后被置于下方的探測器(一般為攝像機)接受，由于焊點中含有可以大量吸收X射線的鉛，因此與穿過玻璃纖維、銅、硅等其它材料的X射線相比，照射在焊點上的X射線被大量吸收，而呈黑點產(chǎn)生良好圖像(如圖2所示)，使得對焊點的分析變得相當(dāng)直觀，故簡單的圖像分
析算法便可自動且可靠地檢驗焊點缺陷。

2．2 AXI檢測的特點

●對工藝缺陷的覆蓋率高達(dá)97％。可檢查的缺陷包括：虛焊、橋連、立碑、焊料不足、氣孔、器件漏裝等等。尤其是x—ray對BGA、CSP等焊點
隱藏器件也可檢查。

●較高的測試覆蓋度?？梢詫θ庋酆驮诰€測試檢查不到的地方進行檢查。比如PCBA被判斷故障，懷疑是PCB內(nèi)層走線斷裂，X-ray可以很快的進行檢查。

●測試的準(zhǔn)備時間大大縮短。

●能觀察到其他測試手段無法可靠探測到的缺陷，比如：虛焊、空氣孔和成型不良等。

●對雙面板和多層板只需—次檢查(帶分層功能)。

●提供相關(guān)測量信息，用來對生產(chǎn)工藝過程進行評估。如焊膏厚度、焊點下的焊錫量等。

2．3 AXI檢測設(shè)備

近幾年AXI檢測設(shè)備有了較快的發(fā)展，已從過去的2D檢測發(fā)展到3D檢測，具有SPC統(tǒng)計控制功能，能夠與裝配設(shè)備相連，實現(xiàn)實時監(jiān)控裝配質(zhì)量。目前的3D檢測設(shè)備按分層功能區(qū)分有兩大類：

(1)不帶分層功能

這類設(shè)備是通過機器手對PCBA進行多角度的旋轉(zhuǎn)，形成不同角度的圖像，然后由計算機對圖像進行合成處理和分析，來判斷缺陷。圖3是一張傾斜拍攝的BGA照片，其中正常的焊點為圓柱型，開焊焊點為圓型。圖4顯示的是BGA焊點的空洞缺陷。

(2)具有分層功能

計算機分層掃描技術(shù)(工業(yè)CT)技術(shù)可以提供傳統(tǒng)X-射線成像技術(shù)無法實現(xiàn)的二維切面或三維立體表現(xiàn)圖。并且，避免了影象重疊、混淆真實缺陷的現(xiàn)象?？汕宄恼故颈粶y物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高識別物體內(nèi)部缺陷的能力，更準(zhǔn)確的識別物體內(nèi)部缺陷的位置。這類設(shè)備有兩種成像方式：

●X光管發(fā)射X光束并精確聚焦到被測物體的某層，被測物體置于一可旋轉(zhuǎn)的平臺上，旋轉(zhuǎn)平臺高速旋轉(zhuǎn)，使焦面上的圖像清晰的呈現(xiàn)在接收器上，再由CCD照相機將圖像信號變?yōu)閿?shù)字信號，交給計算機處理和分析。如圖5。

●這種方式是將x光束精確聚焦到PCB的某一層上，然后圖像由一個高速旋轉(zhuǎn)的接收面接收，由于接收面高速旋轉(zhuǎn)使處在焦點上的圖像清晰，而不在焦點上的圖像則被消除(如圖6)。如此得到各個不同層面的圖像，再通過計算機的合成、分析就可以實現(xiàn)對多層板和焊點結(jié)構(gòu)的檢查(如圖7)。

4 結(jié)束語

X-ray檢測技術(shù)為SMT生產(chǎn)檢測手段帶來了新的變革，可以說它是目前那些渴望進一步提高生產(chǎn)工藝水平，提高生產(chǎn)質(zhì)量，并將及時發(fā)現(xiàn)裝聯(lián)故障作為解決突破口的生產(chǎn)廠家的最佳選擇。隨著SMT器件的發(fā)展趨勢，其他裝配故障檢測手段由于其局限性而寸步難行，X-ray自動檢測設(shè)備將成為SMT生產(chǎn)設(shè)備的新焦點并在SMT生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。