微米焦点及纳米焦点X-Ray检测技术

在伦琴先生发现X-Ray后的不久，他就认识到X-Ray可以用于材料检测。但直到上世纪70年代，X-Ray才开始被用于工业领域。由于当时电子产品的微小化以及对元部件可靠性要求的提高，人们极其关注在微米范围内的材料缺陷分析。如今微米焦点X-Ray检测已经稳定地被应用于无损害材料检测，并且通过不断的技术革新将在更广泛的工业领域中被使用.

　基本原理

　在微米焦点X-Ray检测的过程中，扇形的X-Ray穿过待检样品，然后在图像接收器(现在大多使用X-Ray图像增强器)上形成一个放大的X光图。该图像的质量主要由以下三点决定：放大率、分辨率及对比度。图像分辨率(清晰度)主要由X射线源的大小决定，微米焦点X-Ray放射管的射线源只有几个微米。图像的几何放大率由X光路的几何性质决定(图1)，在实际应用中可达到1000至2500倍。

　具体物体的微小部分在图片上的表现力主要是由该部分的本身属性在X光图上产生的对比度决定。对比度主要由物体内部的不同厚度，及不同材料(如印制线路板上的铜印制导线)，对光线的不同程度吸收而引起的。举例来说，样品A和B拥有相同的厚度，如果A的原子序数较B大，则它对射线的吸收性能较B强。C与B的组成物质相同，若C比B薄，则其对射线的吸收性能比较弱。对比度除与X-ray本征特性有关外，在技术上的局限是由X射线探测器的性质决定的。对图像增强器而言，只有吸收差别达到至2%，才能在X光图中清晰地呈现出来。　 　

X射线管 当高速带电粒子突然被减速时，X-Ray就产生了。在简单的X射线管中，电子从热阴极中出来，通过一个电场，向阳极加速。在撞到阳极时停止，同时释放出X射线。碰撞区域的大小就是X射线源的大小，它以毫米为单位，在这种情况下我们只能得到很不清晰的画面。通过微焦点X射线管的使用，就能改变这种状况。电子通过阳极上的一个小孔进入磁电子透镜，该透镜中的磁场力使电子束聚焦在阴极靶上一个直径只有几微米的焦点上。通过这种方式X射线源变得很小，在高放大率的情况下能得到分辨率在微米范围内的清晰图像。新研制的纳米射线管通过多个透镜的使用分辨率将达到500nm。

　 X射线探测器 传统的X-Ray探测器是一个射线照相胶卷，它拥有良好的空间分辨率(在10μm内)和对比度(0.5%)和可以保存的检测结果等特点。它的缺点是曝光和冲洗都需要好几分钟的时间。针对这种情况，人们在图像增强器上装了拍摄被检测样品动感画面的影像链接，可是仍然只能得到比较粗糙的分辨率。在物体细节显微检测中，可以通过微焦点X光技术消除这个缺点。在足够大的几何放大率的情况下，图像清晰度只同X射线源的大小有关，因此的细节也能被清晰地拍摄下来。新研制的数码X射线探测器在理想状态下将两种图像接受方式合为一体：既能提供动态图像,又能拥有完美的对比度。　

　应用领域 如今微米X光技术主要应用于电子工业中的过程控制和缺陷分析。在元件组装中首先是隐藏焊点的检测，如：BGA封装中的气孔，浸润缺陷，焊桥，及其它的性质，如：焊料的多少，焊点的位移等。在半导体工业中，X光系统作为稳定的工具被应用于集成电路封装中内部连接的无损害检测。因此，在高分辨率的基础上可以检测到直径只有25微米的焊接连线上的坏点(图2)，及芯片粘接上的气孔在温度降低时晶体的粘合反应等。在多层印制电路板的的制造中，各个板面的排列将被连续地监控。在这里X光系统能地测量特别是处于内层位置的结构及焊环宽度，是制造过程优化的基础。此外，如在层间电路金属连通过程中，通过该技术还可以在X光图上清晰地辨认短路及断路，确定它们的位置并作出分析。