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探秘 X-ray 检测仪:检测领域的“超级眼睛”

2024-12-03
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一、X-ray 检测仪简介



X-ray 检测仪是一种利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击,释放 X 射线,从而在不破坏待测物的情况下检测内部问题的设备。它通过记录 X 射线穿透不同密度物质后光强度的变化,形成影像以显示待测物内部结构。


X-ray 检测仪的工作原理主要是利用 X 射线的穿透特性。X 射线的波长短、能量大,当照射到物质上时,物质只能吸收一小部分,大部分 X 射线会穿过物质原子之间的间隙,显示出强大的穿透能力。X-ray 检测仪通过 X 射线穿透要测试的样品,然后将 X 射线图像映射到图像检测器上。图像形成质量主要取决于分辨率和对比度,一般来说,X 射线设备的 X 射线管也决定着其功能。


X-ray 检测仪可以检测 X 射线的穿透能力与物质密度之间的关系,利用差分吸收的特性区分不同密度的物质。如果检查对象破裂、厚度不同或形状变化,X 射线的吸收率就会不同,所得到的图像也不同,从而产生区别的黑白图像。X 射线管主要通过电场从热阴极提供电子以加速到阳极。当电子在数十千伏的高压下迅速加速到高速状态时,动能被转换为释放 X 射线,当它们撞击阳极体时,碰撞区域的大小就是 X 射线源的大小。通过小孔成像原理,我们可以知道 X 射线源的大小与清晰度成反比,即 X 射线源越小,图像越清晰。


此外,X-ray 检测机是一种非破坏性的检测设备,可以检测金属、陶瓷、塑胶等材料中的内部缺陷,像裂缝、异物、错位、残缺等异常均可通过 X 射线检测机来实现。它利用 X 射线穿透材料,再利用平板探测器对其中的内部缺陷进行成像,从而帮助我们检测出材料中的问题。首先,X 射线检测机需要将 X 射线发生器调整到适当的能量水平,以便穿透待检测的材料。然后,将 X 射线照射到材料的待检测部位,并由一个探测器收集反射回来的 X 射线。由于内部缺陷的存在,反射回来的 X 射线的强度和分布会发生变化,这些变化被探测器捕捉并转化为电信号。接下来,这些电信号会被一个计算机系统进行处理和分析。计算机系统将根据电信号的变化,生成一个图像,这个图像将显示材料内部缺陷的位置和形状。同时,计算机系统还可以对图像进行进一步的处理和分析,以帮助我们更好地了解材料的内部情况。


除了检测内部缺陷,X-ray 检测仪还可以用于其他应用,例如检测材料的厚度、测量材料的密度等。这些应用都可以通过调整 X 射线发生器的能量水平和探测器的位置来实现。


X-ray 检测仪具有多种特点。它具有准确性高、测量精度高、检测范围广、数据处理方便等优点。可以更准确地测量物体的质量、尺寸和缺陷,具有很高的准确性和测量精度。而且,它的检测范围很广,可以检测到物体的各种结构,而且数据处理也很方便,可以在电脑上进行。不过,它也有一些缺点,比如价格昂贵、操作繁琐、检测过程耗时长等。它的价格昂贵,使得一些企业无法承受,而且它的操作繁琐,需要技术人员才能够正确操作,而且检测过程耗时长,也会影响生产效率。


X-ray 检测仪的适用范围广泛。在集成电路的封装工艺检测中,可以检测层剥离、开裂、空洞和打线工艺;在印刷电路板制造工艺检测中,能检测焊线偏移、桥接、开路;在表面贴装工艺焊接性检测中,可检测焊点空洞并进行测量;在连接线路检查中,能检查开路、短路、异常或不良连接的缺陷;在锡球数组封装及覆芯片封装中,可检验锡球的完整性;还能检测高密度的塑料材质破裂或金属材质。此外,它还可以应用于工业无损检测设备领域,利用 X 光检测内部缺陷检测,如在工业领域对铸件、锻件、汽车轮毂、复合材料、陶瓷等工业元器件内部缺陷进行识别判定,常见缺陷有裂纹、气孔、缩孔、夹杂、疏松等。


X-ray 检测仪的操作方法也较为简便。将电源网电源插头接通 220V 供电电源(或电池供电),电源上的绿色指示灯应亮起,将被观察物放入检测区内(尽量靠近成像区),开启软件即显示图像。使用完毕后关闭软件,关闭电源开关,停止工作。


X-ray 检测仪在多个行业有着广泛的应用。在工业 X 射线检测设备中,应用范围广泛,通常用于电池行业,如锂电池测试、电路板行业、半导体封装、汽车行业、电路板组装(PCBA)行业等,以观察和测量包装内部对象的位置和形状,查找问题,确认产品是否合格,并观察内部状况。具体应用范围主要用于 SMT、LED、BGA、CSP 倒装芯片检查,半导体、包装组件、锂电池行业、电子组件、汽车部件、光伏行业、铝压铸、模压塑料、陶瓷的特殊检查产品等行业。在食品行业,它可以用于检测食品的成分,以防止食品污染;在医药行业,它可以用于检测药物的质量,以确保药物的安全性;在制造业,它可以用于检测产品的质量和尺寸,以确保产品的质量。


二、检测范围及项目



(一)电子元器件及半导体领域


1.集成电路的封装工艺检测,包括层剥离、开裂、空洞和打线工艺等。


X-ray 检测仪能够精准检测集成电路的封装工艺。通过 X 射线穿透集成电路封装,可清晰地观察到层剥离情况,及时发现封装层之间是否存在分离现象。对于开裂问题,X-ray 能够准确地定位裂缝位置和大小。空洞检测方面,X-ray 可以检测出封装内部的微小空洞,这些空洞可能会影响集成电路的性能和可靠性。在打线工艺检测中,能够检查打线的连接质量、位置是否准确以及是否存在断线等问题。


2.印刷电路板制造工艺检测,如焊线偏移、桥接、开路。


在印刷电路板制造过程中,X-ray 检测仪可有效检测焊线偏移情况,确保焊线准确连接到预定位置,避免因偏移导致电路连接不良。对于桥接问题,能够快速识别焊料在不应连接的地方形成的短路连接。同时,在开路检测方面,X-ray 可以精准地发现电路板上线路断开的位置,帮助及时进行修复。


3.表面贴装工艺焊接性检测,主要是焊点空洞的检测和测量。


表面贴装工艺中,焊点的质量至关重要。X-ray 检测仪能够对焊点空洞进行检测,通过 X 射线穿透焊点,可清晰地观察到空洞的大小、位置和数量。同时,还可以对空洞进行测量,为评估焊接质量提供准确的数据。


4.连接线路检查,涵盖开路、短路、异常或不良连接的缺陷。


X-ray 检测仪在连接线路检查方面表现出色。对于开路缺陷,能够迅速定位线路断开的位置。在短路检测中,可准确识别线路之间不应有的连接。对于异常或不良连接,也能通过 X 射线成像发现连接不牢固、接触不良等问题。


5.锡球数组封装及覆芯片封装中锡球的完整性检验。


在锡球数组封装和覆芯片封装中,锡球的完整性对封装质量至关重要。X-ray 检测仪可以全面检验锡球的完整性,检测锡球是否存在缺失、变形、裂纹等问题,确保封装的可靠性。


6.芯片尺寸量测,打线线弧量测,组件吃锡面积比例量测等。


X-ray 检测仪不仅可以检测电子元器件的内部缺陷,还能进行尺寸量测。在芯片尺寸量测方面,能够测量芯片的长、宽、高等尺寸参数。对于打线线弧量测,可准确测量打线的弧度和高度,为优化打线工艺提供数据支持。在组件吃锡面积比例量测中,能够计算出组件与焊料的接触面积比例,评估焊接质量。


(二)各类产品检测


1.电子元件:FPC、SMT 检测 led 检测、电池电子原件、电子连接件、半导体铸模等。


X-ray 检测仪在电子元件检测方面具有广泛的应用。对于柔性电路板(FPC),可以检测线路的连接情况、是否存在开路或短路等问题。在表面贴装技术(SMT)检测中,能够检测 LED 元件的焊接质量、电子连接件的连接可靠性以及半导体铸模的内部结构完整性。通过 X 射线成像,可以清晰地观察到电子元件内部的细微结构,确保产品质量。


2.汽车零件:汽车行业对包装后内部物体的位置进行透视观察和测量,发现问题,确认是否合格,并观察内部情况。还可用于汽车零部件、铝铸件、五金制品、轮胎轮毂、压力容器、耐火材料、锅炉管道、航空零部件等的无损检测。


在汽车行业,X-ray 检测仪发挥着重要作用。它可以对包装后的汽车零件进行透视观察和测量,检测内部物体的位置是否正确,及时发现零件的缺陷和问题,确保产品合格。此外,X-ray 检测仪还可用于汽车零部件、铝铸件、五金制品等的无损检测。对于汽车零部件,能够检测内部是否存在裂纹、气孔等缺陷;对于铝铸件,可以检查铸造质量;对于五金制品,可检测焊接部位的质量。同时,在轮胎轮毂、压力容器、耐火材料、锅炉管道、航空零部件等领域,X-ray 检测仪也能有效地检测内部缺陷,保障产品的安全性和可靠性。


3.锂电池:应用于检测电池行业的铝壳动力层压电池、软包装电池、圆柱形电池和锂电池,检测电池的内部缺陷和有效性分析,检测电池的正负极和内部结构。


在锂电池检测方面,X-ray 检测仪具有重要价值。它可以应用于各种类型的锂电池,如铝壳动力层压电池、软包装电池、圆柱形电池等。通过 X 射线检测,可以发现电池内部的缺陷,如正负极扭曲变形、正负极短路、正负极断裂等问题。同时,还能进行有效性分析,检测电池的正负极和内部结构,确保电池的性能和安全性。例如,利用 X-ray 可以观察到内部和隔离膜,清楚地检测到内部变形和金属杂质。在锂电池卷绕过程中,X-ray 检测仪可以检测极片的相对位置,包括隔膜长度、负极的相对尺寸、正负极之间的相对位置等参数,确保工艺精度,提高电池的能量密度和安全性。此外,还可以检测极耳的焊接效果,直观地看到焊点是否有缺陷,避免因焊接不良导致电池内阻增大,出现质量问题。


4.铝合金压铸件:应用于铝合金压铸和汽轮机行业的自动检测,金属器件、铸件、精密器件的内部检测等。


在铝合金压铸件检测中,X-ray 检测仪可实现自动检测。它广泛应用于铝合金压铸和汽轮机行业,对金属器件、铸件、精密器件的内部进行检测。通过 X 射线成像,可以检测到铝合金压铸件内部的气孔、缩孔、夹杂、疏松等缺陷,确保产品质量。同时,还能对精密器件的内部结构进行检测,保障其性能和可靠性。


三、检测设备分类及特点



(一)分类


1.传输 X 射线测试系统,适用于单面贴装 BGA 的板及 SOJ、PLCC 的检测,但对垂直重叠的焊点不能区分。


  • 这种测试系统在早期较为常见,主要针对特定类型的电路板进行检测。对于单面贴装 BGA 的板以及 SOJ、PLCC 等元件的检测具有一定的优势。然而,其局限性在于无法准确区分垂直重叠的焊点,这可能会在一些复杂的电路板检测中造成困扰。


2.断面 X 射线或三维 X 射线测试系统,可做分层断面检测,相当于工业 CT。


  • 该系统克服了传输 X 射线测试系统的缺点,能够进行分层断面检测,为电路板的检测提供了更全面的视角。它类似于工业 CT,可以对电路板进行多角度的扫描和分析,能够准确地检测出电路板内部的各种缺陷,如空洞、裂纹等。


3.X 射线 / ICT 结合的检测设备,用 ICT 可以补偿 X 射线检测的不足,适用于高密度、双面贴装 BGA 的板。


  • 这种检测设备将 X 射线检测与 ICT(在线测试)相结合,充分发挥了两者的优势。ICT 可以补偿 X 射线检测在某些方面的不足,例如对于元件的方向和数值的确认。而 X 射线检测则可以专注于焊点质量的检测。这种结合适用于高密度、双面贴装 BGA 的板,能够提高检测的准确性和可靠性。


(二)特点


1.无需暗室,微软系统同步电脑显示观看,可即时成像和存储打印图片。


  • X-ray 检测设备无需专门的暗室环境,使用起来更加方便快捷。通过微软系统同步电脑显示,操作人员可以即时观看检测结果,并且可以随时存储和打印图片,方便后续的分析和记录。


2.采用数字成像系统,图像高清数字成像清晰,软件实用快捷。


  • 检测设备采用数字成像系统,图像清晰度高,能够准确地显示电路板内部的细节。软件设计实用快捷,易于操作,能够提高检测效率。


3.配件高增益,高灵敏度,高空间分辨率,响应时间短。


  • 设备的配件具有高增益、高灵敏度和高空间分辨率的特点,能够快速准确地检测出电路板内部的微小缺陷。响应时间短,能够及时反馈检测结果,提高检测的及时性和准确性。


4.箱体结构,一体化设计,箱式可移动。


  • 检测设备采用箱体结构,一体化设计,便于搬运和安装。箱式可移动的特点使得设备可以在不同的工作场所之间灵活移动,满足不同的检测需求。


5.使用简便,操作安全。


  • X-ray 检测设备使用简便,操作人员只需经过简单的培训即可上手操作。同时,设备在设计上注重操作安全,采取了一系列的安全措施,如辐射防护等,确保操作人员的安全。


四、检测步骤及分析



1.确认样品的类型,或者材料的检测位置以及检测要求。


在进行 X-ray 检测之前,首先需要明确待检测样品的具体类型,这有助于确定合适的检测参数和方法。同时,要确定材料的检测位置,确保能够准确地对关键部位进行检测。此外,还需明确检测要求,例如检测的精度、分辨率等,以便为后续的检测过程提供指导。


2.将样品送至 X 光检测台。


小心地将样品放置在 X 光检测台上,确保样品放置稳定,不会在检测过程中发生移动。放置样品时,要注意样品的位置和方向,以便能够获得更佳的检测效果。


3.检测完毕,对形成的图像进行分析。


检测完成后,通过电脑显示屏查看生成的 X-ray 图像。分析图像时,要注意观察图像的清晰度、对比度和分辨率,以便能够准确地识别出样品内部的结构和缺陷。对于复杂的图像,可以使用图像处理软件进行进一步的分析和处理,以提高图像的可读性和准确性。


4.标注问题部位及问题的类型。


在分析图像的过程中,一旦发现问题部位,要及时进行标注。标注时,要准确地指出问题部位的位置和大小,并说明问题的类型,例如裂缝、空洞、异物等。标注问题部位和类型有助于后续的修复和改进工作,同时也为质量控制提供了重要的依据。


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