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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-03-15 22:01
在X射線自動(dòng)檢測系統(tǒng)（AXI）中，速度、可靠性和高分辨率是關(guān)鍵。對(duì)于典型的高性能電子產(chǎn)品生產(chǎn)線來說，周期時(shí)間以秒為單位計(jì)算，這些生產(chǎn)線通常24小時(shí)全天候運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，條件穩(wěn)定的高通量工藝流程至關(guān)重要。
本文將給出如何在高端電子生產(chǎn)（PCB組裝）、電池生產(chǎn)和半后端生產(chǎn)環(huán)境中提高生產(chǎn)率和品質(zhì)可靠性的解決方案。
Part 1、在線X射線檢測
工藝流程中的缺陷越早發(fā)現(xiàn)越好。實(shí)際上，在生產(chǎn)過程中，每個(gè)后續(xù)階段的故障相關(guān)成本都會(huì)上升大約十倍。在生產(chǎn)過程中盡早確定問題，對(duì)于防止產(chǎn)生可能影響整個(gè)批次的錯(cuò)誤至關(guān)重要。
然而，隨著越來越多的陽極/陰極層與超薄隔板結(jié)合使用，電池設(shè)計(jì)的容量和復(fù)雜性也越來越高，導(dǎo)致越來越難發(fā)現(xiàn)缺陷。
PCB布局和設(shè)計(jì)密度的提高帶來了新的挑戰(zhàn)。球柵陣列（BGA）的不可見焊點(diǎn)和混合動(dòng)力組件的多層焊接結(jié)構(gòu)的評(píng)估具有挑戰(zhàn)性。
與安全相關(guān)的組件故障（例如電池故障）備受矚目，凸顯了故障對(duì)于安全和業(yè)務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)。降低風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)關(guān)鍵的決策因素，激勵(lì)生產(chǎn)經(jīng)理轉(zhuǎn)向基于光子計(jì)數(shù)X射線探測器的快速高靈敏度檢測系統(tǒng)，以滿足24小時(shí)全天候檢測需求?？焖?、準(zhǔn)確的檢測降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)提高了安全性和質(zhì)量。
· 技術(shù)優(yōu)勢 ·
?光子計(jì)數(shù)
? 直接轉(zhuǎn)換技術(shù)
? 電荷分配
? 堆積校正
? 反重合
? 靈活
? 模塊化
? 多種檢測模式
? 反重合技術(shù)
? 雙能譜能量
? 水冷
? 可靠性
Part 2、AIX應(yīng)用
AIX應(yīng)用：
尖端二維和三維AXI應(yīng)用包括最終組裝和測試（FATP）檢測、PCB組裝級(jí)焊點(diǎn)的高速檢測、具有多個(gè)焊層和其他電子設(shè)備的混合動(dòng)力部件檢測。
從智能手機(jī)到電動(dòng)汽車，在產(chǎn)品制造過程中，電池檢測都需要進(jìn)行X射線分析，以驗(yàn)證疊片式電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的層偏移是否在適當(dāng)范圍內(nèi)。 用于預(yù)掃描的2D射線檢測和高速CT檢測可以得到非常有價(jià)值的測量結(jié)果。
XC-TDI和XC-Thor系列探測器針對(duì)這些要求做了專門設(shè)計(jì)，具有高效、穩(wěn)定、準(zhǔn)確和可靠的性能。
例如：在1分鐘內(nèi)自動(dòng)獲得電池所有角落的CT切片圖像，將測量的誤判率降至幾乎為零。
· 應(yīng)用實(shí)例 ·
? 最終組裝和測試（FATP）
? 焊點(diǎn)檢測
? 部件檢測
? 多層動(dòng)力混合檢查
? 疊層電池二維檢測
? 疊層電池CT檢測
Part 3、技術(shù)概述
在詳細(xì)討論特定場景之前，先簡要介紹一下該技術(shù)。欲了解更多相關(guān)信息，請(qǐng)?jiān)L問http://directconversion.com，查看白皮書和已申請(qǐng)的專利。
光子計(jì)數(shù)
到達(dá)X射線探測器的X射線光子可以用以下三種方式之一進(jìn)行記錄：
計(jì)數(shù)檢測到的實(shí)際光子數(shù)（光子計(jì)數(shù)）；
對(duì)沉積的總能量求和（電荷積分）；
測量每個(gè)光子的能量（能量色散成像）。
此外，光子計(jì)數(shù)探測器還可以使用能量合并來區(qū)分多種能量級(jí)別，并且不受暗電流的影響，這一點(diǎn)與大多數(shù)其他X射線檢測系統(tǒng)不同。
直接轉(zhuǎn)換技術(shù)
到達(dá)探測器的X射線可以使用CdTe或CdZnTe等材料直接轉(zhuǎn)換為電荷，或使用閃爍體間接轉(zhuǎn)換為電荷，該閃爍體首先將X射線轉(zhuǎn)換為光，然后使用光電二極管轉(zhuǎn)換為電荷。
直接轉(zhuǎn)換可以更精確地定位光子的相互作用點(diǎn)。這提高了空間分辨率和效率，并且沒有余輝效果。
專用集成電路（ASIC）
在探測器中，每個(gè)像素都連接到一個(gè)專用集成電路（ASIC）上，以記錄和讀出光子信息。開發(fā)的ASIC每個(gè)像素有多達(dá)1萬個(gè)晶體管。
這些ASIC被設(shè)計(jì)成三面平鋪，從而使不同長度和寬度的模塊化探測器能夠匹配所需的視場。即將推出的4面平鋪ASIC為大面積光子計(jì)數(shù)開辟了令人興奮的新可能性。
通過模塊化幾何結(jié)構(gòu)的靈活技術(shù)
探測器在從混合到板級(jí)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中均具有模塊化功能，可提供一系列技術(shù)性能和幾何形狀，以適應(yīng)包括不規(guī)則和非線性幾何形狀在內(nèi)的各種應(yīng)用。探測器長度（最長2m）和CdTe材料厚度（從0.75mm到3mm，將來或許更厚）等均可選，以實(shí)現(xiàn)最佳的形式、功能的匹配。
像素大小和像素間距
探測器中像素的物理大小從100µm到65µm不等，像素之間沒有間隙。但是通過專有的超分辨率重建技術(shù)，有效像素尺寸可以減小到等效的50μm或更小，具體取決于成像設(shè)置。
像素的填充因數(shù)為100％，因此像素間距等于像素大小。
電荷分配
除了失真的多事件檢測（通過反重合技術(shù)校正）之外，即使在正確的像素中，電荷的擴(kuò)散也會(huì)導(dǎo)致能量信息受損。
電荷分配校正不僅將擊中點(diǎn)分配到正確的像素上，而且還可以還原原始電荷（以及能量），從而準(zhǔn)確組合相鄰像素的響應(yīng)。在光譜成像中，準(zhǔn)確記錄能量信息至關(guān)重要。
堆積校正
當(dāng)一個(gè)X射線光子在它之前的光子計(jì)數(shù)像素之后很快到達(dá)同一個(gè)光子計(jì)數(shù)像素時(shí)，這可能會(huì)被錯(cuò)誤地識(shí)別為具有合并能量的單個(gè)事件，而不是兩個(gè)單獨(dú)的事件。這種現(xiàn)象稱為堆積。該技術(shù)包括堆積校正以補(bǔ)償這種現(xiàn)象。
超分辨率
超分辨率技術(shù)通過智能地重新組合和重建像素?cái)?shù)據(jù)來恢復(fù)超出物理像素大小的精細(xì)圖像細(xì)節(jié)。這是由于直接轉(zhuǎn)換材料具有很高的固有空間分辨率，使用常規(guī)技術(shù)是不可能實(shí)現(xiàn)的。
反重合技術(shù)
由單個(gè)入射X射線光子產(chǎn)生的電荷可以擴(kuò)散到多個(gè)相鄰像素，這可能導(dǎo)致一個(gè)以上的像素被激活。光子的這種兩次（或多次）計(jì)數(shù)導(dǎo)致空間分辨率降低和統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤。
反重合技術(shù)是為了解決這個(gè)問題而開發(fā)的，該技術(shù)將光子碰撞分配到單個(gè)正確像素，從而實(shí)現(xiàn)高度精確的空間定位和分辨率。
每個(gè)傳感器中有多種檢測技術(shù)組合
先進(jìn)的探測器結(jié)合了多種成像模式：幀讀出、TDI掃描和多焦點(diǎn)TDI掃描或超高分辨率成像，從而為每種應(yīng)用提供了最佳的采集模式。
在幀模式成像中，同時(shí)讀取探測器的所有像素，從而使該成像過程等效于平板探測器。
在幀模式下操作探測器并通過軟件執(zhí)行TDI重建可極大地提高后期采集的靈活性。這使得能夠?qū)D像聚焦到不同的成像平面上，以通過單次曝光生成多個(gè)清晰的圖像，或者自適應(yīng)地生成非均勻?qū)ο蟮膯蝹€(gè)清晰層，從而獲得最大的檢測精度。
延時(shí)積分（TDI）在光子計(jì)數(shù)中也被稱為延時(shí)求和（TDS），其輸出可與線陣探測器相媲美。TDS技術(shù)允許使用多個(gè)讀出行提高劑量效率，同時(shí)保持高分辨率。常規(guī)線陣探測器只能通過犧牲圖像分辨率來提高劑量效率。TDI可以實(shí)現(xiàn)對(duì)快速移動(dòng)的物體拍攝超高信號(hào)圖像。
雙能譜能量
光子計(jì)數(shù)能夠依據(jù)合適的能量等級(jí)記錄每個(gè)入射X射線光子。
用戶可以調(diào)節(jié)每個(gè)能量等級(jí)的能量水平。多個(gè)能量等級(jí)可進(jìn)行光譜分析，從而減少偽影，實(shí)現(xiàn)物料分離和散射抑制。當(dāng)前的產(chǎn)品可在提供兩個(gè)能量等級(jí)來實(shí)現(xiàn)雙能成像，正在開發(fā)的下一代產(chǎn)品將支持多達(dá)6個(gè)能量等級(jí)。利用快速動(dòng)態(tài)閾值調(diào)制技術(shù)可以提高本機(jī)能量箱的頻譜性能。
水冷或風(fēng)冷
每個(gè)探測器都可以配備水或空氣冷卻系統(tǒng)。探測是扁平的幾何形狀，設(shè)計(jì)中引入了高效的水冷系統(tǒng)設(shè)置。風(fēng)冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含一個(gè)風(fēng)扇系統(tǒng)。
在極端環(huán)境下，探測器的工作溫度范圍可以進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)更高（40度）或更低（10度）溫度的工作環(huán)境。但某些型號(hào)的探測器無需冷卻即可運(yùn)行。
散射抑制
探測器的光譜成像功能可用于散射抑制。在需要高X射線能量的應(yīng)用中，檢測對(duì)象本身具有很高的吸收能力，以致大部分穿過檢測對(duì)象的X射線能量很高，而疊加到物體上的散射光子（會(huì)大大降低圖像的清晰度）的能量較低。將能量閾值調(diào)整為合適的能量水平，可以抑制大部分散射光子，從而將有用光子的損失降至最低。
可靠性和使用壽命
每個(gè)探測器均基于直接轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用CdTe材料將輻射能直接轉(zhuǎn)換為電荷。而其他（間接）探測器則必須先通過閃爍體將X射線轉(zhuǎn)換為可見光子，然后再進(jìn)行第二階段轉(zhuǎn)換。
CdTe與閃爍體不同，閃爍體在X射線流多次轟擊后會(huì)降解，而CdTe不會(huì)因X射線而磨損或退化，由于不需要閃爍體，探測器的使用壽命大大提高。轉(zhuǎn)換器材料（通常為CdTe）非常致密，保護(hù)較敏感的CMOS讀出器免受損壞，因此這種探測器可以有效地屏蔽自身而不損失效率。
Part 4、在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中令人耳目一新的技術(shù)
下面描述了最終組裝和測試環(huán)境（FATP）、焊點(diǎn)檢測以及2D和CT電池檢測中高速成像、高衰減（即需要特定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，例如對(duì)比度噪聲比有精確要求的黑白閾值）的一些場景。
FATP（最終組裝和測試）
如果使用該技術(shù)，在最終組裝和測試中可將當(dāng)前系統(tǒng)的檢測速度和圖像質(zhì)量提升25％以上。如果想對(duì)其進(jìn)行測試，則可以在應(yīng)用程序創(chuàng)新中心專家的支持下，進(jìn)行測試、評(píng)估并查看視圖演示。
以下是一些典型的設(shè)置
利用TDI650對(duì)筆記本電腦進(jìn)行全掃描
局部放大
這是在最終測試時(shí)對(duì)筆記本電腦進(jìn)行自動(dòng)X射線檢測的場景。使用的TDI650探測器的TDI掃描速度高達(dá)每秒150mm，有效物體分辨率小于32µm。
探測器以動(dòng)態(tài)32位或16位（每像素64000灰度）生成圖像，而大多數(shù)同類產(chǎn)品使用12或14位來生成圖像。該方案利用模塊化的TDI長度范圍（100mm、200mm…600mm、800mm），可覆蓋1000mm寬的總掃描范圍，具有較高的掃描速度和出色的成像效果。
部件檢測
TDI掃描能力是選購掃描組件的理想性價(jià)比選擇。下圖是電容器在直徑800mm以上的卷軸上的成像過程。
局部放大
在此示例中演示了6656x7227像素圖像的32µm物體分辨率。
· X射線檢測系統(tǒng)具備 ·
? 掃描速度
? 有效物體分辨率
? 每個(gè)像素的灰度級(jí)數(shù)
? 掃描長度的模塊化選項(xiàng)適合物體寬度
? 成像過程中的層分離
· XC-TDI范圍 ·
? 模塊化
? 雙能
? 高速檢測
? 材料識(shí)別
? 無噪聲讀出
? 能量范圍選擇
? 高分辨率圖像
? 低劑量性能
? 快速讀出
? 運(yùn)動(dòng)模糊少
焊點(diǎn)檢測
在PCB組裝中，焊點(diǎn)檢查是組裝線中最關(guān)鍵的工藝步驟之一。
在這種情況下，具有優(yōu)化TDI設(shè)置的XC-Thor探測器可以以高達(dá)50毫米/秒的速度掃描128條線，從而提供有效分辨率<10µm的圖像。
多層混合動(dòng)力檢測
混合動(dòng)力汽車包含重型冷卻材料，通常會(huì)結(jié)合不同的測試標(biāo)準(zhǔn)為芯片和子組件提供不同的焊料層。
在高密度材料結(jié)構(gòu)檢測中，32位TDI模式可獲得逐層圖像，而無需進(jìn)行耗時(shí)費(fèi)力的3D檢測。
直接轉(zhuǎn)換光子計(jì)數(shù)探測器
先進(jìn)X射線檢測
? 高速區(qū)域模式掃描
? 快速的“飛速” CT投影
? 分層成像
? 縮短了CT質(zhì)量成像的時(shí)間
? 檢測非常?。?lt;100µm）的堆疊層
? 高速成像、高衰減
? 有效分辨率<10µm
? 以動(dòng)態(tài)32位或16位生成的圖像-每個(gè)像素64000灰度級(jí)
疊片電池的2D和CT檢查
在2D測試方案中，將TDI100（有效長度100mm、CdTe 0.75 mm、適用于最高160kV、1-64信道、像素尺寸100µm）與微焦點(diǎn)光源一起使用：120kV/36W（光斑尺寸約為20~25µm）。TDI掃描速度為10毫米/秒，每個(gè)電池角的成像獲取時(shí)間為1.5秒。有效分辨率為30µm。
由于可以靈活地設(shè)置所使用的TDI像素行的數(shù)量，因此可以優(yōu)化TDI-line掃描設(shè)置，以最小的視差效應(yīng)對(duì)非常薄的（<100µm）堆疊層進(jìn)行檢測，而與層數(shù)無關(guān)。
在這種情況下，像素行范圍在30~40行之間，可獲得最佳的速度/圖像質(zhì)量。
陽極/陰極分層清晰
在以下場景中將考察CT-AXI疊片電池檢測，該檢測需要高速區(qū)域模式掃描，以在最短時(shí)間內(nèi)獲取必要的CT投影；所用的X射線源是150kV/75Wµ微焦點(diǎn)光管。
這種“飛速” CT投影掃描最初是使用平板探測器設(shè)置的，幀速率最高為9fps（每幅圖像110毫秒）——每個(gè)角CT可提供1000個(gè)完整的投影，掃描和重建時(shí)間為115秒（+約5秒）。
通過在高幀速模式下使用直接轉(zhuǎn)換光子計(jì)數(shù)探測器（在本例中為XC-Thor.FX10.512），可以將實(shí)際幀速率提高4倍到36fps（每幅圖像27毫秒），總CT檢測時(shí)間縮短70%以上。
使用XC-Thor.FX10.512以36fps（27ms）幀速率生成的智能手機(jī)電池角CT切片。
帶陽極/陰極偏移量測量設(shè)置的CT切片
利用新的10GB Thor平臺(tái)，可在類似的CT設(shè)置中將該高速CT性能提高到100fps以上，換句話說，可以將CT檢測能力提高5~10倍。Direct Conversion公司現(xiàn)在發(fā)布了10GB數(shù)據(jù)傳輸接口，用于超高速成像。
XC-Thor.10G
? 單源下的雙能成像
? 材料識(shí)別
? 射束硬化校正
? 散射抑制
? 快速成像5000 fps
? 無噪音讀出
? 快速讀出，運(yùn)動(dòng)模糊少
? 低劑量
? 非常適合快速移動(dòng)物體成像
Part 5、結(jié)論
希望本文能夠給您一些有趣的啟迪，可以通過高效且價(jià)格合理的X射線成像解決方案來提高產(chǎn)品質(zhì)量并完善制造工藝。
隨著“工業(yè)4.0”（當(dāng)前版本為5.0）模型在各行業(yè)的采用，各項(xiàng)業(yè)務(wù)越來越靈活、資源豐富且自動(dòng)化。伴隨著這樣的變化，新的挑戰(zhàn)和新的問題接踵而來，亟待解決。
來源：萬睿視影像
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