CN201057536Y - 一种用于电子组装故障检测的x射线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，包括微焦斑X射线发生装置、二维调节操作台、高分辨率X射线像增强器和CCD摄像机，高分辨率X射线像增强器包括铝窗、可伐合金环、对X射线敏感的反射式光电阴极、微通道板、输出窗、陶瓷外壳；铝窗及其四周的可伐合金环、输出窗及其四周的可伐合金环、陶瓷外壳通过铝焊剂封接成真空器件，反射式光电阴极和微通道板设置在真空器件内，输出窗内表面涂敷有荧光粉层。本实用新型解决了采用自动X射线检测技术的检测装置获取的图像分辨率低，体积大，成本高的缺点，具有分辨率高、体积小、性价比高、成像清晰、操作简便的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种成像检测系统装置，特别是涉及一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置。
背景技术
随着电子技术的飞速发展，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，对故障检测方法提出了更高的要求。在元件组装中首先是隐藏焊点的检测，如：焊料的多少，焊点的位移等。特别是PCB组件的密度日益增大，并且所拥有的大量元器件的焊点处于一种隐蔽的状态，例如：BGA(球栅阵列封装)的倒装芯片。采用X射线检测技术很容易确认焊料球的缺陷(如没有焊接点)，以及在器件下部所发生的桥接现象。生产厂家都希望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，为此迫切需要高分辨率的自动X射线检测设备。自动X射线检测技术(AXI)不仅可对不可见焊点进行检测，如BGA等，还能对检测结果进行定性、定量分析，可以及早发现故障。但是传统的采用自动X射线检测技术(AXI)的检测装置均采用增感屏或医用X射线像增强器来获取图像，图像分辨率较低，体积较大，成本较高，已不能满足生产厂家的需要。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其解决了采用自动X射线检测技术的检测装置获取的图像分辨率低，体积大，成本高的缺点。
本实用新型的技术解决方案是：
一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，包括X射线发生装置21、X射线成像系统23，所述X射线成像系统23包括高分辨率X射线像增强器、CCD摄像机27和图像软件处理系统24，其特殊之处是，所述高分辨率X射线像增强器包括电源25、输入窗1、对X射线敏感的光电阴极3、微通道板组件、输出窗9、增强器内壳10以及增强器外壳28；所述输入窗1、输出窗9以及增强器内壳10封接成真空密封件12；所述增强器内壳10包括依次轴向连接的封接环16、陶瓷外壳14以及输出窗金属外壳15；所述输入窗1为密封固定在封接环16前端中间的金属窗20；所述真空密封件12设置在增强器外壳28内；所述微通道板组件设置在输入窗1和输出窗9之间；所述光电阴极3蒸镀在微通道板组件上；所述输出窗9密封固定在输出窗金属外壳15上；所述输出窗9包括荧光屏11、设置在荧光屏11内表面的荧光粉层8、设置在荧光粉层8外的铝膜7。
上述X射线检测装置还包括设置在X射线发生装置21和X射线成像系统23之间的二维调节操作台22；所述二维调节操作台22包括X轴高精度步进电机和Y轴高精度步进电机，其X轴和Y轴的移动范围为180mm，其旋转范围由水平到45度角。
上述X射线发生装置21为微焦斑X射线发生装置，其X射线能量范围为20～70kV，X射线阳极电流为0.1～0.5mA，X射线焦斑尺寸为微米量级。
上述微通道板组件包括依次轴向连接的压环4、微通道板5和托盘19，所述托盘19固定在陶瓷外壳14中间，所述压环4固定在封接环16的内侧；所述微通道板5通过压环4固定在托盘19上；所述光电阴极3蒸镀在微通道板5的输入面。
上述压环4为带豁口18和斜面17的自膨胀压环。
上述真空密封件12通过灌胶方式固封在增强器外壳28内；所述X射线成像系统23还包括设置在CCD摄像机27外的铝制摄像机外壳26，所述铝制摄像机外壳26与增强器外壳28固连。
上述电源25为瓦片电源组件，所述瓦片电源组件通过灌胶方式固封在增强器外壳28内。
上述输入窗1和微通道板5间形成前端真空间隙2，所述微通道板5和输出窗9之间形成后端真空间隙6；所述前端真空间隙2的轴向长度为5～6mm；所述后端真空间隙6的轴向长度为0.5～1mm；所述金属窗20的厚度为0.3～2mm，有效直径为Φ18～Φ100mm。
上述金属窗20的材料为铝或铍；所述荧光屏11的材料为K4玻璃或光纤面板；所述光电阴极3为碱卤化合物反射式光电阴极；所述荧光粉层8的材料为P20荧光粉；所述封接环16的材料为可伐合金4J33；所述输入窗1和封接环16之间通过铝焊料钎焊封接。
上述碱卤化合物反射式光电阴极为CsI光电阴极。
本实用新型的优点是：
1、分辨率高。电子工业检测用的空间分辨率均在μm量级，本实用新型采用微焦斑(μm量级)X射线球管以及高分辨率X射线像探测器与高分辨率CCD摄像机的光学耦合进行检测，空间分辨率达到141p/mm以上，可以检测到直径只有25微米的焊接连线上的最小坏点及芯片粘接上的气孔在温度降低时晶体的粘合反应等。另外，铝窗和铍窗有着较高的X射线透过率，对提高分辨率也有帮助。
2、体积小。传统自动X射线检测装置均采用增感屏或医用X射线像增强器来获取图像，由于采用几何放大原理，所以体积较大。本实用新型采用电子放大原理，所以体积相对变小。电源使用瓦片电源组件也可大幅度减小体积。
3、性价比高。本实用新型可检测IC封装中的层剥离、爆裂、空洞等缺陷，印刷电路板(PCB板)制作过程中可能产生对齐不良或桥接等缺陷，检验BGA板焊点可能产生的空洞、虚焊、短路或不正常连接等缺陷，还可检验打线的完整性。
4、成像清晰。本实用新型的瓦片电源组件可为X射线球管提供高稳定的高压电源，可以降低图像的虚化和闪烁。另外，可采用图像处理软件对图像进行降噪、增强亮度对比度、锐化图像边沿、测量图像尺寸、判断故障等处理。
5、操作简便。可旋转的二维调节操作台使检测更加快速、准确、方便。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理示意图；
图2为本实用新型X射线成像系统的结构示意图；
其中：1-输入窗，2-前端真空间隙，3-光电阴极，4-压环，5-微通道板，6-后端真空间隙，7-铝膜，8-荧光粉层，9-输出窗，10-增强器内壳，11-荧光屏，12-真空密封件，14-陶瓷外壳，15-输出窗金属外壳，16-封接环，17-斜面，18-豁口，19-托盘，20-金属窗，21-X射线发生装置，22-二维调节操作台，23-X射线成像系统，24-图像软件处理系统，25-电源，26-铝制摄像机外壳，27-CCD摄像机，28-增强器外壳。
具体实施方式
本实用新型结构见图1和图2，包括X射线发生装置21、二维调节操作台22和X射线成像系统23；X射线发生装置21为微焦斑X射线发生装置，其X射线能量范围为20～70kV，X射线阳极电流为0.1～0.5mA，X射线焦斑尺寸为微米量级；二维调节操作台22设置在X射线发生装置21和X射线成像系统23之间，其X轴和Y轴运动是通过高精度步进电机实现的，X轴和Y轴的移动范围为180mm，二维调节操作台22还可旋转，旋转范围由水平到45度角；X射线成像系统23包括高分辨率X射线像增强器、CCD摄像机27、设置在CCD摄像机27外的铝制摄像机外壳26以及图像软件处理系统24；CCD摄像机27为带有百万像素镜头的高分辨率CCD摄像机；铝制摄像机外壳26与增强器外壳28固连；高分辨率X射线像增强器包括电源25、输入窗1、对X射线敏感的反射式碘化铯光电阴极3、微通道板(MCP)5、输出窗9、增强器内壳10、增强器外壳12；输入窗1、输出窗9以及增强器内壳10用铝焊剂封接成真空密封件12；电源25为瓦片电源组件，用于给高分辨率X射线像增强器提供高稳定电源；瓦片电源组件和真空密封件12通过灌胶方式固封在增强器外壳28内；输出窗9的材料为K4玻璃或光纤面板；输入窗1包括设置在真空器件13前端部中心的金属窗14以及设置在金属窗14和陶瓷内壳7间的可伐合金环6，金属窗14的材料为铝或铍，可伐合金环6的材料为4J33；真空密封件12设置在增强器外壳28内；微通道板5设置在输入窗1和输出窗9之间；反射式CsI(碘化铯)光电阴极3蒸镀在微通道板5上；输出窗9包括荧光屏11、涂敷在荧光屏11内表面的P20荧光粉层以及保护荧光粉层的铝膜7。输入窗1和微通道板5间形成前端真空间隙2，微通道板5和输出窗9之间形成后端真空间隙6。工作时微通道板5的输入面上加800～1000V的负电压，输出面接地。微通道板5与荧光粉层8之间的后端真空间隙6的轴向长度为0.5～1mm。工作时其间加4～5KV的正电压。自膨胀压环为带有豁口18的圆环，因而带有一定的弹性；压环4顶部设置有一斜面17，压环4可以将微通道板5牢牢地压紧，装配非常方便。
本实用新型原理及工作过程：
当需要检测的线路板或半导体芯片进入本实用新型检测装置中可旋转的二维调节操作台后，位于线路板或半导体芯片上方有一个微焦斑X射线发生装置，其发射的X射线穿过线路板后被置于下方的高分辨率X射线成像系统接收，由于焊点中含有可大量吸收X射线的铅、铋、锡等材料，因此与穿过玻璃纤维、铜、硅等其它材料的X射线相比，照射在焊点上的X射线被大量吸收而呈现黑点。高分辨率X射线成像系统中的前端输入窗有着较高的X射线透过率，对X射线敏感的反射式光电阴极将携带检测信息的不可见的X射线转变为电子图像，微通道板MCP起电子倍增作用；电子图像经过微通道板MCP倍增后，在电场作用下轰击荧光粉层，将电子图像转变为可见光图像，再由输出窗输出；百万像素镜头将由输出窗的图像清晰成像于高分辨率CCD摄像机上，图像软件处理系统将图像降噪处理后在监视器上显示。本实用新型检测装置使得对焊点的分析变得相当直观，再经过计算机图像处理便可自动且可靠地检验焊点缺陷。
Claims (10)
1.一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，包括X射线发生装置(21)、X射线成像系统(23)，所述X射线成像系统(23)包括高分辨率X射线像增强器、CCD摄像机(27)和图像软件处理系统(24)，其特征在于：所述高分辨率X射线像增强器包括电源(25)、输入窗(1)、对X射线敏感的光电阴极(3)、微通道板组件、输出窗(9)、增强器内壳(10)以及增强器外壳(28)；所述输入窗(1)、输出窗(9)以及增强器内壳(10)封接成真空密封件(12)；所述增强器内壳(10)包括依次轴向连接的封接环(16)、陶瓷外壳(14)以及输出窗金属外壳(15)；所述输入窗(1)为密封固定在封接环(16)前端中间的金属窗(20)；所述真空密封件(12)设置在增强器外壳(28)内；所述微通道板组件设置在输入窗(1)和输出窗(9)之间；所述光电阴极(3)蒸镀在微通道板组件上；所述输出窗(9)密封固定在输出窗金属外壳(15)上；所述输出窗(9)包括荧光屏(11)、设置在荧光屏(11)内表面的荧光粉层(8)、设置在荧光粉层(8)外的铝膜(7)。
2.根据权利要求1所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述X射线检测装置包括设置在X射线发生装置(21)和X射线成像系统(23)之间的二维调节操作台(22)；所述二维调节操作台(22)包括X轴高精度步进电机和Y轴高精度步进电机，其X轴和Y轴的移动范围为180mm，其旋转范围由水平到45度角。
3.根据权利要求2所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述X射线发生装置(21)为微焦斑X射线发生装置，其X射线能量范围为20～70kV，X射线阳极电流为0.1～0.5mA，X射线焦斑尺寸为微米量级。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述微通道板组件包括依次轴向连接的压环(4)、微通道板(5)和托盘(19)，所述托盘(19)固定在陶瓷外壳(14)中间，所述压环(4)固定在封接环(16)的内侧；所述微通道板(5)通过压环(4)固定在托盘(19)上；所述光电阴极(3)蒸镀在微通道板(5)的输入面。
5.根据权利要求4所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述压环(4)为带豁口(18)和斜面(17)的自膨胀压环。
6.根据权利要求4所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述真空密封件(12)通过灌胶方式固封在增强器外壳(28)内；所述X射线成像系统(23)还包括设置在CCD摄像机(27)外的铝制摄像机外壳(26)，所述铝制摄像机外壳(26)与增强器外壳(28)固连。
7.根据权利要求6所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述电源(25)为瓦片电源组件，所述瓦片电源组件通过灌胶方式固封在增强器外壳(28)内。
8.根据权利要求4所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述输入窗(1)和微通道板(5)间形成前端真空间隙(2)，所述微通道板(5)和输出窗(9)之间形成后端真空间隙(6)；所述前端真空间隙(2)的轴向长度为5～6mm；所述后端真空间隙(6)的轴向长度为0.5～1mm；所述金属窗(20)的厚度为0.3～2mm，有效直径为Ф18～Ф100mm。
9.根据权利要求6或7或8所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述金属窗(20)的材料为铝或铍；所述荧光屏(11)的材料为K4玻璃或光纤面板；所述光电阴极(3)为碱卤化合物反射式光电阴极；所述荧光粉层(8)的材料为P20荧光粉；所述封接环(16)的材料为可伐合金4J33；所述输入窗(1)和封接环(16)之间通过铝焊料钎焊封接。
10.根据权利要求9所述的一种用于电子组装故障检测的X射线检测装置，其特征在于：所述碱卤化合物反射式光电阴极为CsI光电阴极。
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