[发明专利]旋转式X射线分层摄影检测系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业产品检测的图像成像方法，特别是涉及电路板组装中的一种用于检测BGA焊点和其他插接件焊点的X射线分层摄影检测方法与系统。

背景技术

X射线分层摄影(Laminography)技术是目前电路板联装领域的主流检测技术，该技术是以多个角度的X射线透视图像来重建出被检测物体焦平面上的截面图像。每一个透视图像都包含了被检测物体焦平面上的截面，且位于X射线检测器上的固定位置，而焦平面上下各层的截面在不同位置上，不同层的图像经过不同角度的透视，会造成上下层图像的偏移，叠加不同角度的透视图像，将得到一个清晰的焦平面截面图像。通过分层摄影方法，可以方便地获的被检测物体的截面图像，对物体内部隐藏结构和微细结构进行检测。随着电子产品向轻、薄、小的方向发展，印刷电路板上的电子元件体积小、分布密度高，采用了大量BGA(球栅列阵)，CSP(芯片级封装)等具有隐藏结构的新型封装芯片，X射线分层摄影技术正好弥补AOI(自动光学检测)无法对隐藏结构进行检测的缺点。

在电路板联装领域内，根据不同角度透视图像的获得方法进行区分，X射线分层摄影方法主要分为五大类：

1)被检测物体作直线运动，X射线管和X射线探测器保持静止，从而获得被测物体多个角度的X射线透视图像。美国专利US55839042采用了类似的分层摄影技术，该技术需使用线阵探测器，获取图像的速度较慢，需要更多的探测器以获得高质量的图像，而且不能与2/2.5维X射线检测系统结合，因此该类系统成本较高。

2)X射线探测器和X射线管保持相对静止，围绕位置保持固定的被检测物体作同步圆周运动，X射线从不同方向以相同的角度穿透被检测物体，得到被检测物体多个角度的透视图像。美国专利US4936452采用了类似的分层摄影技术，不同点在于该系统运用电子束的电磁偏转实现X射线的圆周同步旋转，而X射线管保持不动。但X射线探测器的同步圆周运动仍需要复杂且精确的机械运动，而且实现电磁偏转需要额外的装置，使系统变得复杂和昂贵。

3)X射线管和X射线探测器作XY平面运动且保持相对静止，被检测物体保持固定位置，从而获得被测物体多个角度的X射线透视图像。美国专利US7529336B2和中国发明专利ZL200710140075.X采用了类似的分层摄影技术，该系统采用三个线阵探测器，需要按指定的路径扫描完成电路板联装件的检测。由于X射线管体积较大，X射线探测器和X射线管的同步运动需要庞大的机械运动系统。

4)被检测物体作XY平面运动，X射线管和X射线探测器保持静止，从而获得被测物体多个角度的X射线透视图像。该技术需采用多个小平面探测器或采用大面积的平板探测器，导致获得图像过程中探测器利用率低，提高了系统成本。美国专利US6748046采用了类似的分层摄影技术。

5)被检测物体和X射线探测器作XY平面运动，X射线管保持固定位置，从而获得被测物体多个角度的X射线透视图像。日本专利JP2011191180A(CN102192918-A)采用了类似的分层摄影技术，该系统可根据检测需要设定不同的扫描路径，实现不同的X射线透视角度，获得良好的透视图像，但是按指定的路径扫描时，需要平面X射线探测器和被检测物体联动，运动控制较为复杂，且扫描速度较慢。

用于电路板联装缺陷检测的X射线检测技术还包括计算机断层成像方法(Computed Tomography，CT)和2/2.5维透视摄影方法。X射线CT检测方法利用重建算法获得被检测物体的截面或三维图像，可准确检测其缺陷。然而重建过程需获得被检测物体每个角度的X射线成像，过于耗时，无法达到工业检测的速度要求，而且受电路板联装产品的扁平形状限制，需对检测物体进行局部切片，再进行离线CT检测，使得X射线CT方法无法应用在电路板联装自动线上。2/2.5维X射线透视摄影通过被检测物体对X射线吸收率的线积分获得图像，其图像信息包含被检测物体整体在X射线平面探测器上的投影，因此可快速高效地检测BGA隐藏焊点的明显开焊、桥接短路、气泡、焊球大小等缺陷，而微小虚焊和一般虚焊等细节信息容易被背景信息覆盖，难以进行检测。