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嘉峪檢測網 2021-03-15 22:01
在X射線自動檢測系統（AXI）中，速度、可靠性和高分辨率是關鍵。對于典型的高性能電子產品生產線來說，周期時間以秒為單位計算，這些生產線通常24小時全天候運轉。因此，條件穩定的高通量工藝流程至關重要。
本文將給出如何在高端電子生產（PCB組裝）、電池生產和半后端生產環境中提高生產率和品質可靠性的解決方案。
Part 1、在線X射線檢測
工藝流程中的缺陷越早發現越好。實際上，在生產過程中，每個后續階段的故障相關成本都會上升大約十倍。在生產過程中盡早確定問題，對于防止產生可能影響整個批次的錯誤至關重要。
然而，隨著越來越多的陽極/陰極層與超薄隔板結合使用，電池設計的容量和復雜性也越來越高，導致越來越難發現缺陷。
PCB布局和設計密度的提高帶來了新的挑戰。球柵陣列（BGA）的不可見焊點和混合動力組件的多層焊接結構的評估具有挑戰性。
與安全相關的組件故障（例如電池故障）備受矚目，凸顯了故障對于安全和業務的風險。降低風險是一個關鍵的決策因素，激勵生產經理轉向基于光子計數X射線探測器的快速高靈敏度檢測系統，以滿足24小時全天候檢測需求。快速、準確的檢測降低了生產成本，同時提高了安全性和質量。
· 技術優勢 ·
?光子計數
? 直接轉換技術
? 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
? 雙能譜能量
? 水冷
? 可靠性
Part 2、AIX應用
AIX應用：
尖端二維和三維AXI應用包括最終組裝和測試（FATP）檢測、PCB組裝級焊點的高速檢測、具有多個焊層和其他電子設備的混合動力部件檢測。
從智能手機到電動汽車，在產品制造過程中，電池檢測都需要進行X射線分析，以驗證疊片式電池內部結構的層偏移是否在適當范圍內。 用于預掃描的2D射線檢測和高速CT檢測可以得到非常有價值的測量結果。
XC-TDI和XC-Thor系列探測器針對這些要求做了專門設計，具有高效、穩定、準確和可靠的性能。
例如：在1分鐘內自動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。
· 應用實例 ·
? 最終組裝和測試（FATP）
? 焊點檢測
? 部件檢測
? 多層動力混合檢查
? 疊層電池二維檢測
? 疊層電池CT檢測
Part 3、技術概述
在詳細討論特定場景之前，先簡要介紹一下該技術。欲了解更多相關信息，請訪問http://directconversion.com，查看白皮書和已申請的專利。
光子計數
到達X射線探測器的X射線光子可以用以下三種方式之一進行記錄：
計數檢測到的實際光子數（光子計數）；
對沉積的總能量求和（電荷積分）；
測量每個光子的能量（能量色散成像）。
此外，光子計數探測器還可以使用能量合并來區分多種能量級別，并且不受暗電流的影響，這一點與大多數其他X射線檢測系統不同。
直接轉換技術
到達探測器的X射線可以使用CdTe或CdZnTe等材料直接轉換為電荷，或使用閃爍體間接轉換為電荷，該閃爍體首先將X射線轉換為光，然后使用光電二極管轉換為電荷。
直接轉換可以更精確地定位光子的相互作用點。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，每個像素都連接到一個專用集成電路（ASIC）上，以記錄和讀出光子信息。開發的ASIC每個像素有多達1萬個晶體管。
這些ASIC被設計成三面平鋪，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為大面積光子計數開辟了令人興奮的新可能性。
通過模塊化幾何結構的靈活技術
探測器在從混合到板級的整個設計過程中均具有模塊化功能，可提供一系列技術性能和幾何形狀，以適應包括不規則和非線性幾何形狀在內的各種應用。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，以實現最佳的形式、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，有效像素尺寸可以減小到等效的50μm或更小，具體取決于成像設置。
像素的填充因數為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（通過反重合技術校正）之外，即使在正確的像素中，電荷的擴散也會導致能量信息受損。
電荷分配校正不僅將擊中點分配到正確的像素上，而且還可以還原原始電荷（以及能量），從而準確組合相鄰像素的響應。在光譜成像中，準確記錄能量信息至關重要。
堆積校正
當一個X射線光子在它之前的光子計數像素之后很快到達同一個光子計數像素時，這可能會被錯誤地識別為具有合并能量的單個事件，而不是兩個單獨的事件。這種現象稱為堆積。該技術包括堆積校正以補償這種現象。
超分辨率
超分辨率技術通過智能地重新組合和重建像素數據來恢復超出物理像素大小的精細圖像細節。這是由于直接轉換材料具有很高的固有空間分辨率，使用常規技術是不可能實現的。
反重合技術
由單個入射X射線光子產生的電荷可以擴散到多個相鄰像素，這可能導致一個以上的像素被激活。光子的這種兩次（或多次）計數導致空間分辨率降低和統計錯誤。
反重合技術是為了解決這個問題而開發的，該技術將光子碰撞分配到單個正確像素，從而實現高度精確的空間定位和分辨率。
每個傳感器中有多種檢測技術組合
先進的探測器結合了多種成像模式：幀讀出、TDI掃描和多焦點TDI掃描或超高分辨率成像，從而為每種應用提供了最佳的采集模式。
在幀模式成像中，同時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行TDI重建可極大地提高后期采集的靈活性。這使得能夠將圖像聚焦到不同的成像平面上，以通過單次曝光生成多個清晰的圖像，或者自適應地生成非均勻對象的單個清晰層，從而獲得最大的檢測精度。
延時積分（TDI）在光子計數中也被稱為延時求和（TDS），其輸出可與線陣探測器相媲美。TDS技術允許使用多個讀出行提高劑量效率，同時保持高分辨率。常規線陣探測器只能通過犧牲圖像分辨率來提高劑量效率。TDI可以實現對快速移動的物體拍攝超高信號圖像。
雙能譜能量
光子計數能夠依據合適的能量等級記錄每個入射X射線光子。
用戶可以調節每個能量等級的能量水平。多個能量等級可進行光譜分析，從而減少偽影，實現物料分離和散射抑制。當前的產品可在提供兩個能量等級來實現雙能成像，正在開發的下一代產品將支持多達6個能量等級。利用快速動態閾值調制技術可以提高本機能量箱的頻譜性能。
水冷或風冷
每個探測器都可以配備水或空氣冷卻系統。探測是扁平的幾何形狀，設計中引入了高效的水冷系統設置。風冷系統的設計包含一個風扇系統。
在極端環境下，探測器的工作溫度范圍可以進行調整，以適應更高（40度）或更低（10度）溫度的工作環境。但某些型號的探測器無需冷卻即可運行。
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射線能量的應用中，檢測對象本身具有很高的吸收能力，以致大部分穿過檢測對象的X射線能量很高，而疊加到物體上的散射光子（會大大降低圖像的清晰度）的能量較低。將能量閾值調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
每個探測器均基于直接轉換技術，利用CdTe材料將輻射能直接轉換為電荷。而其他（間接）探測器則必須先通過閃爍體將X射線轉換為可見光子，然后再進行第二階段轉換。
CdTe與閃爍體不同，閃爍體在X射線流多次轟擊后會降解，而CdTe不會因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。轉換器材料（通常為CdTe）非常致密，保護較敏感的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、在現實應用中令人耳目一新的技術
下面描述了最終組裝和測試環境（FATP）、焊點檢測以及2D和CT電池檢測中高速成像、高衰減（即需要特定統計數據，例如對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，在最終組裝和測試中可將當前系統的檢測速度和圖像質量提升25％以上。如果想對其進行測試，則可以在應用程序創新中心專家的支持下，進行測試、評估并查看視圖演示。
以下是一些典型的設置
利用TDI650對筆記本電腦進行全掃描
局部放大
這是在最終測試時對筆記本電腦進行自動X射線檢測的場景。使用的TDI650探測器的TDI掃描速度高達每秒150mm，有效物體分辨率小于32µm。
探測器以動態32位或16位（每像素64000灰度）生成圖像，而大多數同類產品使用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射線檢測系統具備 ·
? 掃描速度
? 有效物體分辨率
? 每個像素的灰度級數
? 掃描長度的模塊化選項適合物體寬度
? 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
? 運動模糊少
焊點檢測
在PCB組裝中，焊點檢查是組裝線中最關鍵的工藝步驟之一。
在這種情況下，具有優化TDI設置的XC-Thor探測器可以以高達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。
多層混合動力檢測
混合動力汽車包含重型冷卻材料，通常會結合不同的測試標準為芯片和子組件提供不同的焊料層。
在高密度材料結構檢測中，32位TDI模式可獲得逐層圖像，而無需進行耗時費力的3D檢測。
直接轉換光子計數探測器
先進X射線檢測
? 高速區域模式掃描
? 快速的“飛速” CT投影
? 分層成像
? 縮短了CT質量成像的時間
? 檢測非常薄（<100µm）的堆疊層
? 高速成像、高衰減
? 有效分辨率<10µm
? 以動態32位或16位生成的圖像-每個像素64000灰度級
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，每個電池角的成像獲取時間為1.5秒。有效分辨率為30µm。
由于可以靈活地設置所使用的TDI像素行的數量，因此可以優化TDI-line掃描設置，以最小的視差效應對非常薄的（<100µm）堆疊層進行檢測，而與層數無關。
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，該檢測需要高速區域模式掃描，以在最短時間內獲取必要的CT投影；所用的X射線源是150kV/75Wµ微焦點光管。
這種“飛速” CT投影掃描最初是使用平板探測器設置的，幀速率最高為9fps（每幅圖像110毫秒）——每個角CT可提供1000個完整的投影，掃描和重建時間為115秒（+約5秒）。
通過在高幀速模式下使用直接轉換光子計數探測器（在本例中為XC-Thor.FX10.512），可以將實際幀速率提高4倍到36fps（每幅圖像27毫秒），總CT檢測時間縮短70%以上。
使用XC-Thor.FX10.512以36fps（27ms）幀速率生成的智能手機電池角CT切片。
帶陽極/陰極偏移量測量設置的CT切片
利用新的10GB Thor平臺，可在類似的CT設置中將該高速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公司現在發布了10GB數據傳輸接口，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，運動模糊少
? 低劑量
? 非常適合快速移動物體成像
Part 5、結論
希望本文能夠給您一些有趣的啟迪，可以通過高效且價格合理的X射線成像解決方案來提高產品質量并完善制造工藝。
隨著“工業4.0”（當前版本為5.0）模型在各行業的采用，各項業務越來越靈活、資源豐富且自動化。伴隨著這樣的變化，新的挑戰和新的問題接踵而來，亟待解決。
來源：萬睿視影像
