錐束CT在電子元器件方面的應用

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，檢測效率高的優勢。不但可以對工業零部件進行無損檢測，發現零件內部缺陷信息，還可以對電子元器件進行失效分析。使用高分辨率微焦點錐束CT掃描技術可以針對電路板、以及芯片等重要電子元器件進行二維、三維成像分析，可以直觀了解電子器件內部結構及線路分布情況，對于重要電路板還原可以進行逆向分析，分析出電路板線路圖，還原制版圖，幫助企業吸收已有的科技成果。

關鍵詞：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 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0037-02

近年來，隨著計算機的進步和探測器技術的發展，科技成果的應用已經成為推動生產力發展和社會進步的重要手段。而當今競爭激烈的全球市場，企業努力尋找各種技術手段，充分消化、吸收已有的科技成果，縮短新產品的開發周期，以滿足需求，提供自身競爭力。工業錐束CT技術作為一種實用化的無損檢測和逆向分析手段，逐漸得到各個行業的認可。工業CT在電子行業有著廣泛的應用，可以針對電路板、電子器件、芯片進行無損檢測和逆向分析。電子元器件的結構復雜，種類繁多，結構精密，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

以下錐束CT系統采用雙源雙探設計主要由線陣探測器和平板探測器系統、機械系統、微焦點錐束x射線源和小焦點錐束x射線源系統等組成。主要工作原理，x射線源在錐角范圍內發出的x射線穿過被檢測物體，被檢測物體在機械系統上進行360度旋轉，同時探測器會接收到被掃描物體不同角度的投影數據，最后把所有的投影數據被傳回計算機，利用三維圖像重建算法對投影數據進行重建分析，得到被檢測物體的三維重建數據，為分析檢測物體內部的三維結構信息提供了可靠依據，如圖1所示。

雙源雙探設計采用微焦點和常規焦點兩個射線源，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;為實現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，實現一機多用，提高設備利用率，降低設備投入成本。

雙源雙探設計的意義：微焦點射線源系統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。常規焦點射線源系統由于焦點尺寸較大，適用于尺寸較大且精度要求不高的工件。

影響錐束CT系統的關鍵技術指標，空間分辨率、密度分辨率、信噪比、焦點尺寸等。

（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，即每毫米線對數（1p/mm）表示。影響該參數的因素有掃描像素數目大小、探測器準直孔的寬度、采樣點間距、重建算法、機械系統精度、X射線管焦點大小、圖像數據校正與圖像重建算法等。

（2）密度分辨率又稱為系統靈敏度，它表示能夠區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，通常以密度變化的百分比（%）表示相互變化的關系。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。

（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，噪聲是探測器對輸入檢測信號謝線劑量）響應的波動（偏差）。信噪比表征檢測圖像質量的基礎性因素，它與對比度共同決定了檢測圖像識別細節（缺陷）的能力。

（4）焦點尺寸主要指的是射線管出束位置的最小尺寸，影響著系統成像精度。據分析可知在相同的幾何放大倍數條件下，焦點尺寸越大，幾何不清晰度也越大，所以要對焦點尺寸進行適當的控制。

2錐束CT在電子元器件方面的應用

我公司針對電子行業開發有低能及微焦點工業CT/DR成像系統，具有空間分辨率高、成像迅速、操作簡單等特點，可對各種電子元器件及印制板等進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部的常見缺陷及印制板的焊點和走線缺陷，能通過自主研發的專業電路板分析軟件實現逆向電路設計。

逆向工程（又稱逆向技術），是一種產品設計技術再實現過程。其中主要目的是在不能輕易獲得必要的生產信息的情況下，直接從成品分析，推導出產品的設計原理。這對于消化，引進和吸收國內外先進技術具有重要意義。

通過DR和cTN結合，三維和二維數據同步分析。對于復雜的結構目對成像精度要求比較高的工件可以使用錐束CT掃描，對于層數比較少且結構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行，首先要根據工件選擇和是的CT設備，尺寸較小的可以使用桌面機操作;設置好掃描參數采集數據信息，通過CT專用軟件對幾何偽影，金屬偽影進行校正，得到高精度掃描數據，然后使用自主研發專用的電路板分析軟件對電路板每一層進行分析，具體流程如圖2所示。

通過CT專用分析軟件VG studio Max對掃描后的三維數據分析。通過移動活動面對掃描數據的每一層進行分析，對每一層的電路布局情況進行去偽影、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合起來通過電路設計軟件進行還原。如圖3所示。

對于簡單的電子元器件，只需要使用微焦點工業CT系統對其進行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現。但是DR掃描只適用于結構簡單，層數較少的電路板，且需要觀察的部位沒有重疊信息。

3總結

本文主要介紹了錐束CT系統在電路板逆向分析和電子元器件檢測方面的應用和檢測方法。通過cTNDR兩種方式結合實際案例進行介紹，CT掃描主要適用于結構復雜，檢測要求較高的工件，可以通過二維和三維兩種結果分析，對于逆向分析至關重要。NDR掃描可以針對結構相對簡單，檢測要求較低的工件。DR拍片可以彌補了CT重建過程中產生的金屬偽影。

針對電路板逆向分析主要采用的還是CT技術，主要通過數據采集、數據分析處理、電路板分析、電路逆向設計幾個步驟完成，通過實驗已經能滿足客戶需求，并且已經成功應用。