錐束CT在電子元器件方面的應(yīng)用

吳彥舉 郝兵 呂益良 鄭詩楊

摘要：錐束CT相比較DR和斷層掃描，具有檢測精度高，檢測效率高的優(yōu)勢。不但可以對工業(yè)零部件進(jìn)行無損檢測，發(fā)現(xiàn)零件內(nèi)部缺陷信息，還可以對電子元器件進(jìn)行失效分析。使用高分辨率微焦點(diǎn)錐束CT掃描技術(shù)可以針對電路板、以及芯片等重要電子元器件進(jìn)行二維、三維成像分析，可以直觀了解電子器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及線路分布情況，對于重要電路板還原可以進(jìn)行逆向分析，分析出電路板線路圖，還原制版圖，幫助企業(yè)吸收已有的科技成果。

關(guān)鍵詞：錐束CT;電子元器件;失效分析;逆向分析;制版圖

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0037-02

近年來，隨著計算機(jī)的進(jìn)步和探測器技術(shù)的發(fā)展，科技成果的應(yīng)用已經(jīng)成為推動生產(chǎn)力發(fā)展和社會進(jìn)步的重要手段。而當(dāng)今競爭激烈的全球市場，企業(yè)努力尋找各種技術(shù)手段，充分消化、吸收已有的科技成果，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，以滿足需求，提供自身競爭力。工業(yè)錐束CT技術(shù)作為一種實(shí)用化的無損檢測和逆向分析手段，逐漸得到各個行業(yè)的認(rèn)可。工業(yè)CT在電子行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，可以針對電路板、電子器件、芯片進(jìn)行無損檢測和逆向分析。電子元器件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，結(jié)構(gòu)精密，人工尋找缺陷難度較大，且不容易定位。錐束CT掃描可以通過三維和二維兩種方式成像，分析電路板每一層的布線情況，便于做逆向分析，還可以通過三維模型分析電子元器件的布局情況。

1錐束CTI作原理及重要指標(biāo)

以下錐束CT系統(tǒng)采用雙源雙探設(shè)計主要由線陣探測器和平板探測器系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、微焦點(diǎn)錐束x射線源和小焦點(diǎn)錐束x射線源系統(tǒng)等組成。主要工作原理，x射線源在錐角范圍內(nèi)發(fā)出的x射線穿過被檢測物體，被檢測物體在機(jī)械系統(tǒng)上進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，同時探測器會接收到被掃描物體不同角度的投影數(shù)據(jù)，最后把所有的投影數(shù)據(jù)被傳回計算機(jī)，利用三維圖像重建算法對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建分析，得到被檢測物體的三維重建數(shù)據(jù)，為分析檢測物體內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)信息提供了可靠依據(jù)，如圖1所示。

雙源雙探設(shè)計采用微焦點(diǎn)和常規(guī)焦點(diǎn)兩個射線源，兩個射線源自上而下依次安裝在射線源立柱上;面陣探測器和線陣探測器自上而下安裝在探測器立柱上;為實(shí)現(xiàn)不同射線源和探測器之間的相互切換，兩個探測器可在探測器立柱上垂直射線方向移動，且探測器立柱可沿射線方向移動;兩個射線源可在射線源立柱上垂直射線方向移動，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，提高設(shè)備利用率，降低設(shè)備投入成本。

雙源雙探設(shè)計的意義：微焦點(diǎn)射線源系統(tǒng)主要對檢測精度要求較高的工件，如：電子器件、芯片、電路板等高精密器件;而線陣探測器主要針對大型工件，進(jìn)行斷層掃描，可以得到工件某一截面的截面圖，適用于截面壁厚分析。常規(guī)焦點(diǎn)射線源系統(tǒng)由于焦點(diǎn)尺寸較大，適用于尺寸較大且精度要求不高的工件。

影響錐束CT系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，空間分辨率、密度分辨率、信噪比、焦點(diǎn)尺寸等。

（1）空間分辨率：指C T圖像中能夠辨別最小物體的能力。以分辨黑白相問條形帶的對數(shù)，即每毫米線對數(shù)（1p/mm）表示。影響該參數(shù)的因素有掃描像素數(shù)目大小、探測器準(zhǔn)直孔的寬度、采樣點(diǎn)間距、重建算法、機(jī)械系統(tǒng)精度、X射線管焦點(diǎn)大小、圖像數(shù)據(jù)校正與圖像重建算法等。

（2）密度分辨率又稱為系統(tǒng)靈敏度，它表示能夠區(qū)分開的密度差別程度。利用圖像的灰度去分辨被檢測物的材質(zhì)，通常以密度變化的百分比（%）表示相互變化的關(guān)系。提高密度分辨率的方法主要是合理選擇源的能量，增加源的劑量，降低噪聲。

在輻射劑量一定的情況下，空間分辨率與密度分辨率是矛盾的。密度分辨率越高，空間分辨率就越低，兩者之積為一常數(shù)。

（3）信噪比：信號與噪聲的比值。此值越大越好。隨著曝光量的增加，檢測圖像的信噪比也將提高。信號：探測器對輸入檢測信號（射線劑量）的響應(yīng)，噪聲是探測器對輸入檢測信號謝線劑量）響應(yīng)的波動（偏差）。信噪比表征檢測圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)性因素，它與對比度共同決定了檢測圖像識別細(xì)節(jié)（缺陷）的能力。

（4）焦點(diǎn)尺寸主要指的是射線管出束位置的最小尺寸，影響著系統(tǒng)成像精度。據(jù)分析可知在相同的幾何放大倍數(shù)條件下，焦點(diǎn)尺寸越大，幾何不清晰度也越大，所以要對焦點(diǎn)尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?/p>

2錐束CT在電子元器件方面的應(yīng)用

我公司針對電子行業(yè)開發(fā)有低能及微焦點(diǎn)工業(yè)CT/DR成像系統(tǒng)，具有空間分辨率高、成像迅速、操作簡單等特點(diǎn)，可對各種電子元器件及印制板等進(jìn)行快速的無損檢測和電路板逆向分析，能檢測出電子元器件內(nèi)部的常見缺陷及印制板的焊點(diǎn)和走線缺陷，能通過自主研發(fā)的專業(yè)電路板分析軟件實(shí)現(xiàn)逆向電路設(shè)計。

逆向工程（又稱逆向技術(shù)），是一種產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)再實(shí)現(xiàn)過程。其中主要目的是在不能輕易獲得必要的生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析，推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計原理。這對于消化，引進(jìn)和吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)具有重要意義。

通過DR和cTN結(jié)合，三維和二維數(shù)據(jù)同步分析。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)目對成像精度要求比較高的工件可以使用錐束CT掃描，對于層數(shù)比較少且結(jié)構(gòu)簡單的工件可以使用DR拍片，通過兩個角度（0°和90°）拍攝，就可以清晰分辨出電路分布情況。

錐束CT逆向工程是需要按照流程進(jìn)行，首先要根據(jù)工件選擇和是的CT設(shè)備，尺寸較小的可以使用桌面機(jī)操作;設(shè)置好掃描參數(shù)采集數(shù)據(jù)信息，通過CT專用軟件對幾何偽影，金屬偽影進(jìn)行校正，得到高精度掃描數(shù)據(jù)，然后使用自主研發(fā)專用的電路板分析軟件對電路板每一層進(jìn)行分析，具體流程如圖2所示。

通過CT專用分析軟件VG studio Max對掃描后的三維數(shù)據(jù)分析。通過移動活動面對掃描數(shù)據(jù)的每一層進(jìn)行分析，對每一層的電路布局情況進(jìn)行去偽影、濾波處理通過專用軟件記錄和提取線路信息，最終把每一層的有效信息結(jié)合起來通過電路設(shè)計軟件進(jìn)行還原。如圖3所示。

對于簡單的電子元器件，只需要使用微焦點(diǎn)工業(yè)CT系統(tǒng)對其進(jìn)行DR拍攝。也可以清晰看到線路連接情況和元器件焊接情況，對于虛焊，斷焊等情況都可以很容易發(fā)現(xiàn)。但是DR掃描只適用于結(jié)構(gòu)簡單，層數(shù)較少的電路板，且需要觀察的部位沒有重疊信息。

3總結(jié)

本文主要介紹了錐束CT系統(tǒng)在電路板逆向分析和電子元器件檢測方面的應(yīng)用和檢測方法。通過cTNDR兩種方式結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行介紹，CT掃描主要適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢測要求較高的工件，可以通過二維和三維兩種結(jié)果分析，對于逆向分析至關(guān)重要。NDR掃描可以針對結(jié)構(gòu)相對簡單，檢測要求較低的工件。DR拍片可以彌補(bǔ)了CT重建過程中產(chǎn)生的金屬偽影。

針對電路板逆向分析主要采用的還是CT技術(shù)，主要通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、電路板分析、電路逆向設(shè)計幾個步驟完成，通過實(shí)驗已經(jīng)能滿足客戶需求，并且已經(jīng)成功應(yīng)用。