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XRAY微焦點工作原理和發展:
在倫琴先生發現X-Ray后的不久,他就認識到X-Ray可以用於材料檢測。但直到上世紀70年代,X-Ray才開始被用於工業領域。由於當時電子產品的微小化以及對元部件可靠性要求的提高,人們極其關注在微米範圍內的材料缺陷分析。如今微米焦點X-Ray檢測已經穩定地被應用於無損害材料檢測,並且通過不斷的技術革新將在更廣氾的工業領域中被使用. 基本原理
在微米焦點X-Ray檢測的過程中,扇形的X-Ray穿過待檢樣品,然後在圖像接收器(現在大多使用X-Ray圖像增強器)上形成一個放大的X光圖。該圖像的質量主要由以下三點決定:放大率、分辨率及對比度。圖像分辨率(清晰度)主要由X射線源的大小決定,微米焦點X-Ray放射管的射線源只有幾個微米。圖像的幾何放大率由X光路的幾何性質決定(圖1),在實際應用中可達到1000至2500倍。
具體物體的微小部分在圖片上的表現力主要是由該部分的本身屬性在X光圖上產生的對比度決定。對比度主要由物體內部的不同厚度,及不同材料(如印製線路板上的銅印製導線),對光線的不同程度吸收而引起的。舉例來說,樣品A和B擁有相同的厚度,如果A的原子序數較B大,則它對射線的吸收性能較B強。C與B的組成物質相同,若C比B薄,則其對射線的吸收性能比較弱。對比度除與X-ray本征特性有關外,在技術上的侷限是由X射線探測器的性質決定的。對圖像增強器而言,只有吸收差別達到至2%,才能在X光圖中清晰地呈現出來。
X射線管 當高速帶電粒子突然被減速時,X-Ray就產生了。在簡單的X射線管中,電子從熱陰極中出來,通過一個電場,向陽極加速。在撞到陽極時停止,同時釋放出X射線。碰撞區域的大小就是X射線源的大小,它以毫米為單位,在這種情況下我們只能得到很不清晰的畫面。通過微焦點X射線管的使用,就能改變這種狀況。電子通過陽極上的一個小孔進入磁電子透鏡,該透鏡中的磁場力使電子束聚焦在陰極靶上一個直徑只有幾微米的焦點上。通過這種方式X射線源變得很小,在高放大率的情況下能得到分辨率在微米範圍內的清晰圖像。新研製的納米射線管通過多個透鏡的使用分辨率將達到500nm。
X射線探測器 傳統的X-Ray探測器是一個射線照相膠卷,它擁有良好的空間分辨率(在10μm內)和對比度(0.5%)和可以保存的檢測結果等特點。它的缺點是曝光和沖洗都需要好幾分鐘的時間。針對這種情況,人們在圖像增強器上裝了拍攝被檢測樣品動感畫面的影像鏈接,可是仍然只能得到比較粗糙的分辨率。在物體細節顯微檢測中,可以通過微焦點X光技術消除這個缺點。在足夠大的幾何放大率的情況下,圖像清晰度只同X射線源的大小有關,因此最小的細節也能被清晰地拍攝下來。新研製的數碼X射線探測器在理想狀態下將兩種圖像接受方式合為一體:既能提供動態圖像,又能擁有完美的對比度。
應用領域 如今微米X光技術主要應用於電子工業中的過程控制和缺陷分析。在元件組裝中首先是隱藏焊點的檢測,如:BGA封裝中的氣孔,浸潤缺陷,焊橋,及其它的性質,如:焊料的多少,焊點的位移等。在半導體工業中,X光系統作為穩定的工具被應用於集成電路封裝中內部連接的無損害檢測。因此,在高分辨率的基礎上可以檢測到直徑只有25微米的焊接連線上的最小坏點(圖2),及芯片粘接上的氣孔在溫度降低時晶體的粘合反應等。在多層印製電路板的的製造中,各個板面的排列將被連續地監控。在這裡X光系統能精確地測量特別是處於內層位置的結構及焊環寬度,是製造過程優化的基礎。此外,如在層間電路金屬連通過程中,通過該技術還可以在X光圖上清晰地辨認短路及斷路,確定它們的位置並作出分析。
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