概 要：在检查产品质量时,X射线检测已变得十分重要。进行X射线检测过程，被测样品处于高能量光子的离子辐射，并接受到一定剂量的辐射。有些器件容易受到离子辐射而损坏。所以在X射线检测时，操作者必须考虑到X射线的剂量，保证器件免受损坏。本文对X射线辐射相关的参数进行分析，从中能找到解决问题的方法。
关键词：X射线，辐射剂量，功率，距离，滤光。
1. 引 言
在检查产品质量时,对无法光学检测的隐蔽区域,(如阵列器件;BGA,CSP,Flip-Chip),X射线检测已变得十分重要。在进行检测过程，被测样品处于高能量光子的离子辐射，并接受到一定剂量的辐射。有些器件容易受到离子辐射而损坏。所以在近行X射线检测时，操作者必须考虑到X射线的剂量，保证器件免受损坏。
大剂量辐射无疑会造成缺陷，在供应商演示X射线检测时，器件没有经受到足够大的辐射剂量，因此器件不会造成损坏。但是应关心这些错综的缺陷机理，如数码倒置，程序数据丢失，抹去或漏损存贮信息。引人兴趣的是，器件的缺陷具有一些统计规律，是随机的，变化的，结构上的损坏并不可见。
对现有的大批量生产的产品（COTS），使用随机缺陷机理分析的困难是在X射陷检测时，造成这些缺陷的辐射剂量幅度小于整个缺陷的变化，且潜在于给定的剂量之内。所以，在进行X射线检测时，安装在电路基板上的器件经受着风险，应该测量辐射剂量，确定严格的阀值。半导体器件上的辐射剂量是累积的，若重复检测，则器件接受双倍的剂量。因此，通常在返修操作后，重新检测必然对器件造成影响。
在进行X射线检测时，对全部COTS器件作出辐射剂量的威胁结论之前，应考虑下面几点；
l 有些器件相对比较更容易受到辐射伤害，但X射线检测大多数器件不会造成影响。
l 在X射线检测过程，面对各种随机因素，辐射剂量的阀值确定是非常困难的。
l 发表的论文中引用的数据，在X射线检测时会有变化，甚至远远超过。
l 超过剂量阀值仅是增加缺陷发生的可能性，并非一定产生缺陷。
X射线检测系统基本是产生X射线阴影显微图像 （图 1 所示）。X射线光源是X射线发射管，发射X射线通过被测样品。器件内不同材料吸收X射线有多有少，X射线辐射取决于材料的密度及原子量，和探测器上使用的阴蔽材料。密度高的材料呈现黑色阴影图像。当被测样品移动接近X射线发射管，由于图像放大，剂量增加，就产生较大的阴影图像。
图 1 两维X射线检测系统的基本组成
影响辐射剂量的因素有；
l 被测样品与X射线发射源的距离
l X射线发射管的功率
l 发射管与样品间的滤光镜
l 重复检测
2. 辐射剂量率与距离的关系
辐射剂量率与距离平方成反比。若我们将样品从初始测量剂量的位置外移两倍距离，则辐射剂量率降低4倍。样品与X射线源的聚焦点距离越近，对样品的辐射剂量率有惊人的影响。另外，而且样品得到的全部剂量也包括相邻器件检测时的辐射场，即使样品与发射源有一定距离，但此剂量的作用是明显的。
减少样品接受的辐射剂量就的简单方法是限制样品与发射源的接近度，然而这种方法会碰到一方面要求连续减少器件尺寸缩小，另一方面则要求样品接近发射源以达到增加放大倍率。因此在对某器件进行X射线检测时，应同时顾及到放大倍率与剂量两者的关系。
半导体与PCB的X射线检测系统的高分辩率，放大倍率或可拆卸式X射线发射管已被标准化。电路组装的小尺寸器件要求高放大倍率，被测样品需要放置在接近发射管的聚焦点位置，但这将意味着样品会接受到高剂量的辐射。在检测条件下，辐射剂量率随X射线的入射角余弦呈线性变化，所以若样品斜置就会产生一个倾斜图像，此时器件受到的剂量被减少。若将阵列器件样品正面直对放置，使用正常的X射线照射，那未焊盘与球引脚间的界面图像就会模糊不清。因此，对这些阵列器件在再流焊后，检查是否存在开路缺陷，X射线倾斜图像是非常重要的。器件尺寸的减小，需要较高的放大倍率，使用倾斜图像能使得剂量率降到最小。
一种取代样品斜置产生角度图像的方法，X射线制造商采用将样品垂直于焦点放置，移动探测器（图 2）使用这种方法，所产生的倾斜图像不对放大倍率与图像细节分析进行折衷处理。此技术并非折向角度的X射线束的剂量率减少。
图 2 移动探测器的角度的，可获得倾斜图像，被测样品始终保持水平安置，获得所需的角度图像，放大倍率不作折衷处理。
3. 剂量率与发射管功率的关系
辐射剂量率也受到X射线发射管功率的影响,功率可从加速电子撞击靶面的高电压(KV)与产生电子的灯丝电流的计算得到。功率参数可用于X 射线发射管工作状态的设置，以满足在探测器上建立对比度良好的图像，要取得功率合理的近似值，剂量率与功率呈线性关系，例如；如发射管功率提高两倍，则剂量率也增加两倍。提供功率越大，则发射源的能量也越大。但发射管要达到最大功率，在技术上存在限制，如检测时使用较大功率，使得在阀值达到前的时间就减少。无论X射线发射管的工作状态如何，重复检测将使得器件接受双倍的剂量辐射。
4. 剂量率与滤光的关系
电路组装的器件与基板是由不同密度的材料组成,它们以不同的程度吸收X射线,除了X射线通过材料强度减弱外,X射线的能谱也被变化。这种变化可用来减少样品实际接收辐射剂量。在样品的前面接近处，直接安置滤光装置，增加对X射线的滤光作用，优化样品不同材料的对比度（如PCB铜导带，焊点的焊锡等），改进检测的灵敏度，。检测时使用相匹配的滤光装置，进行缺陷分析，就不必对图像质量与辐射剂量折衷处理。
X射线系统滤光性能最好的事采用300-400μm厚的锌箔，这种厚度的锌箔对大多数敏感器件能起到完全保护作用。事实上，这种厚度的滤光材料减少通过样品的X射线，结果造成对比度降低，图像检测时间长。
建议采用100-150μm的锌箔，敏感性强的硅片材料的辐射剂可减少100倍，调整X射线图像的亮度与对比度也是最好的，且与现今的X射线设备相配，能获得高质量的分析图像。
5. 将辐射剂量降到最低.....
下面的步序可在检测时将将辐射剂量降到最低:
l 增加样品与X射线发射管焦点间的距离(图3-5),(表 1)结果表明该距离有一点小的增加,不影响图像的质量,而剂量率惊人的减少。
表 1改变 PCB放置距离对辐射剂量率的影响，此距离的变化对X射线图像的发大倍率也有影响。
图 3 安装在仿真蓝牙板的Flip-Chip，样品与最大放大倍率位置距离是273mm，红色圈表示变化区域，剂量率D/18906Gy/min。
图 4 样品处于最大放大倍率位置，接收最大剂量率，球引脚直径190mm，剂量率D/Gy/min。
图 5样品与最大放大倍率位置距离是4.9mm，剂量率D/12Gy/min
安装滤光装置，100-150μm的锌箔（图 6-7）。
图 6 Flip-Chip的左边安置滤光装置,100μm的锌箔
图 7 使用系统软件对图6进行对比度调整后的图像
使用自动检测程序，极大地减少检测时间，仅针对必须部位进行检测。
剂量是累积的，应避免重复检测。
进行深度的剂量测量，确认采用的检测程序及对器件安全性的保证。
6. 结 论
因需要获得高放大倍率,在进行X射线检测时,被测器件所得的剂量远大于期望值。器件的敏感部件是硅芯片，其通常与X射线源近，暴露在较大的剂量辐射环境中。
在X射线检测时，确认被测器件事否对给定的剂量水平的随机辐射损坏敏感如操作者找到在此剂量条件下的敏感度，就可以进行估计，并根据获地的测量数据，对检测程序及剂量辐射的减少作出正确评价。