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电子产品组装设备似乎从来没有满足人们对更小、更便宜、性能更好产品的需求。特别是近年来IO数量迅速增长，区域阵列封装的应用飞速增加，对于光学测试设备，这些隐藏的连接是不可见的，造成了严重的检验困难。幸运的是，隐藏的连接无法躲过高分辨率的 X 光检验系统。这些系统提供的视图帮助用户可靠地评估区域阵列互连线路的质量。除了在 PCB 制造领域的作用以外，超高分辨率 X 光机能够发现焊料凸点中的微小空洞，X 光系统在晶圆制造领域得到应用。  X 光检验是如何工作的？ 二维 (2D) X 光检验系统（图 1）包括三个主要元件：X 光源（密封管或开口管）、X 光检测器、用于支撑和操纵被检验零件（样品）的夹具。正常情况下，开放式微米聚焦管被用来满足电子产品组装和封装的高分辨率要求Ｎ⒚拙劢构芸梢蕴峁┑痛?1μm 的空间分辨率。分辨率取决于焦点的大小，即发射 X 光束的管头内部的面积。
在经过样品之后，X 光波到达检测器，它实时处理 X 光信息，来产生可由人眼评估的可见图像。最常见的检测器是摄影机和图像增强器的组合，增强器把 X 光转换成可见光。新的检测器选件包括高度动态摄影机和平板式直接数字检测器。 一些 X 光检验系统只能提供零件的俯视图。然而，如果要彻底评估尖端电子器件中的焊接连线，俯视图通常是不够的。制造商们还必须查看焊点的第三维，确保他们没有忽略任何缺陷，尤其是在双面组装中，X 光也许会显示多层叠加的细节。 三维 (3D) 成像系统可以提供必要的检验数据，不过 3D 分析的时间可能比 2D 检验长很多，降低了 PCB 生产的速度。一种更快的替代方案是一个 2D 机器加上一个复杂的操纵系统，后者使样品倾斜并旋转，使它与 X 光束成斜角。这种倾斜查看方法提供了对第三维的检查，使用户能够从多个方向检查零件。操纵器应该能够改变方向和旋转速度，来满足各种要求，从低放大倍数的快速概览搜索，到高放大倍数的低速检验。 特写视图在越来越多的应用中，通过倾斜/旋转样品提供的斜角视图不能产生需要的放大倍数，这是因为在离轴检验中，样品会自动倾斜偏离焦点。为了产生最高放大倍数的倾斜视图，制造商们可以选择“贴近焦点”斜角检验。正如名称暗示的那样，这种检验把样品定在尽可能靠近焦点的位置，同时仍然允许斜角查看。 可以在锥靶的帮助下进行有效的“贴近焦点”检验，锥靶使焦点位于锥形管头的尖端（图 2）。这种可选用的功能很容易安装在标准的 X 光发射管上，不需要任何额外工具。该装置的锥形使用户能够在布满元件的电路板上的元件之间移动焦点。尽管该装置处在这个位置，但样品仍然可被倾斜 45 度，不会碰到管的护盖。样品被倾斜时，离焦点始终很近，同时，检测器保持固定，捕获来自光锥中心的最大强度的 X 光。  自动同心运动带来优异的图像质量除了放大倍数不够以外，对于具体的检验要求，斜角查看系统还可能有其它缺点。一些系统只提供特定角度或旋转位置的视图。而且，在需要移动样品或检测器或两者都需要移动的复杂检验例行工作中，很多系统需要熟练的操作人员来把 X 光照射区域（即“感兴趣区域” 或 ROI）保持在机器的视场内。
这些问题促使人们开发了自动同心运动 (AIM) 技术，它自动从任何角度或旋转位置提供鲜亮、复杂的样品视图。在配备 AIM 的斜角查看系统中，可以把 X 光检测器移向各个方向，同时样品始终很平坦，并靠近焦点。检测器安装在形状特殊的导轨上，它允许离轴倾斜 60 度。该导轨安装在一根旋转轴上，它允许完全的 360 度旋转。检测器可以停在最后得到的“运动圆顶”上的任何点，同时保持与 X 光源的恒定距离。 X 光以锥形模式从光源中发射出来。检测器的位置在检验圆顶的中心，它收集来自锥形中心的 X 光。通过使检测器离开圆顶中心，用户可以移动视线，使该装置能够收集来自锥形外缘的 X 光。 随着检测器的每次移动，AIM 自动使 ROI 保持在系统的视场内。对于 AIM 的自动调节而言，关键在于精确的操纵器技术和尖端的算法，这些算法计算操纵器的运动，正是这些运动使 ROI 保持在视线内（图 3）。 
AIM 驱动的斜角查看系统进行复杂的操纵，不会有损坏样品的风险。借助尖端的防碰撞保护，操作人员可以专注于系统产生的图像，不必担心样品位置或碰撞。软件驱动的防碰撞系统要求操作人员输入防碰撞数据，与此不同的是，AIM 具有 100% 的自动防碰撞保护。 光学照相机拍摄装载的样品盘现场的快照，作为快速确定操纵器位置的地图。为了帮助用户完成这项任务，一个 AIM 驱动的系统提供各种图像操纵和处理工具，其中包括：● 点击并移至中心：把感兴趣区域移到中心视图 ● 定帧并变焦：放大感兴趣区域，直到它充满屏幕● 倾斜并环绕：允许以任何放大倍数和角度来实时旋转 ROI 的视图● 倾斜并旋转：利用屏幕上的虚拟操纵杆来重新设定检测器的位置，同时使 ROI 保持在视图内。所有操作都可以通过鼠标点击来完成。 另外，这些系统包括各种实时图像处理功能，比如对比度增强、边缘轮廓描绘、背景减除、伪 3D 表示。这些功能帮助为用户提供最好的图像，这些图像是“合格不合格”决策的基础。这些系统还提供各种缺陷自动识别功能，比如自动计算空洞、焊点测量与分析等。 配备 AIM 的斜角查看系统是多层零件的最佳选择，利用常规系统很难检验这些零件，并且很费时间。例如：● 压合连接器● 填充的电镀过孔● 双面板（尤其是背靠背 BGA，BGA 器件在电路板的两侧）● 在封装内，芯片堆叠在彼此顶部的元件● 需要填胶或密封的元件（一般是倒装器件，它们需要检验每条互连线路，看看有无空洞）。 评估凸点除了在 PCB 工厂以外，二维 X 光系统正在半导体制造和封装工厂迎接新的检验挑战。由于晶圆凸点技术的出现，多数晶圆制造厂都配备了凸点目测系统。不过，这些系统无法检查焊球内部是否有空洞和其它缺陷。结果，看起来正常的晶圆凸点可能提供不可靠的互连线路，可能导致有缺陷的芯片。等到发现的时候，也许不得不报废这个封装或印刷电路板。 与目测系统不同的是，X 光成像技术使操作人员能够看到焊料凸点中的空洞。不过，传统的 2D 和 3D X 光系统无法自动测量空洞相对于凸点直径和体积的尺寸。相反，操作人员根据判断和经验来确定裸片是否合格。或者，他们简单地把有空洞的裸片视为不合格品。 这两种方法都无法实现最优的凸点检验。一个带有空洞的“合格”凸点可能导致互连情况很差。另一方面，带空洞的凸点未必有缺陷，因此简单寻找空洞的操作人员可能会把合格的芯片当作不合格品。  不过现在，最好的 X 光检验系统能够根据用户定义的参数可靠地检测空洞，并确定它们是否会降低芯片互连线路的耐久性。借助自动化装卸子系统，这些系统能适应 200mm 和 300mm 晶圆（图 4）。它们还包括 TXI（真实 X 光强度）控制，它确保了恒定、受控的 X 光强度水平，从而实现 100% 一致的 X 光图像。有些方法试图通过控制输入参数来保持图像强度，与这些方法不同的是，TXI 自动控制 X 光强度的输出水平，从而实现恒定的对比度和亮度，以及一致的、优异的图像质量（图 5）。 
有两种办法可供选用，来确定焊料凸点的耐久性：(1) 把所有空洞的面积和图像中凸点的总面积做比较，确保没有超过阈值；(2) 把最大的空洞直径和球直径做比较。在检验过程中，先进的 X 光系统根据预先确立的参数，确定焊料凸点是否合格（合格标准是能提供可靠而充分的互连线路）。检验确保了焊料凸点完整性，同时减少了由于无关紧要的空洞而报废的可用元件数量。 需要纳米聚焦 微机电系统 (MEMS) 和 微光机电系统 (MOEMS) 的出现成为了开发所谓纳米聚焦 X 光技术的推动力。虽然微米聚焦 X 光系统的能力令人印象深刻，但它们的设计目的并不是解决 MEMS 和 MOEMS 带来的独特检验难题。然而，纳米聚焦系统的焦点直径小于 1μm，能够提供检验超小型元件所需的细节和分辨率。即使是对于不需要纳米聚焦技术的应用，极高的分辨率产生的检验区域图像也比其它系统提供的图像更鲜亮。 这种新型检验技术的关键在于纳米聚焦管。这种管是许多新颖功能的混合体，包括形状良好的焦点、对电场和电磁场的出色屏蔽，以及各种确保最优的磁质量、 电质量、热质量和真空质量的构造材料。 在某些情况下，制造商可能既需要微米聚焦管，又需要纳米聚焦管，来进行实时透视成像。不妨考虑与拥有多个客户和多种产品的合同制造商合作。这些产品需要各种检验，从利用高强度 X 光进行微米聚焦检查，到高放大倍数、高分辨率的纳米聚焦检查。对于该制造商，最好的选择是多焦点 X 光管（它包括微米聚焦能力和纳米聚焦能力）以及针对铸造、焊接、车床加工零件和其它高密度结构的高功率方式。 二维微米聚焦 X 光检验系统能“看到”区域阵列器件表面之下的情况，帮助 PCB 制造商评估隐藏的焊接连接的质量。该系统配备各种新技术，提供了对关键的第三维的检查，并且不降低 PCB 生产速度。另外，X 光系统正在执行半导体制造领域的艰难检验任务。同时，在 MEMS 和 MOEMS 生产中，新的纳米聚焦 X 光机产生了超高分辨率的图像，它们把最微小的缺陷也揭示出来。一些 X 光系统包含了微米聚焦、纳米聚焦和高功率功能，使制造商能够把 X 光的方式与具体检验工作的要求吻合起来。 | 
发表于 2006-10-17 15:07:00