锥束CT在电子元器件方面的应用

吴彦举 郝兵 吕益良 郑诗杨

摘要：锥束CT相比较DR和断层扫描，具有检测精度高，检测效率高的优势。不但可以对工业零部件进行无损检测，发现零件内部缺陷信息，还可以对电子元器件进行失效分析。使用高分辨率微焦点锥束CT扫描技术可以针对电路板、以及芯片等重要电子元器件进行二维、三维成像分析，可以直观了解电子器件内部结构及线路分布情况，对于重要电路板还原可以进行逆向分析，分析出电路板线路图，还原制版图，帮助企业吸收已有的科技成果。

关键词：锥束CT;电子元器件;失效分析;逆向分析;制版图

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）05-0037-02

近年来，随着计算机的进步和探测器技术的发展，科技成果的应用已经成为推动生产力发展和社会进步的重要手段。而当今竞争激烈的全球市场，企业努力寻找各种技术手段，充分消化、吸收已有的科技成果，缩短新产品的开发周期，以满足需求，提供自身竞争力。工业锥束CT技术作为一种实用化的无损检测和逆向分析手段，逐渐得到各个行业的认可。工业CT在电子行业有着广泛的应用，可以针对电路板、电子器件、芯片进行无损检测和逆向分析。电子元器件的结构复杂，种类繁多，结构精密，人工寻找缺陷难度较大，且不容易定位。锥束CT扫描可以通过三维和二维两种方式成像，分析电路板每一层的布线情况，便于做逆向分析，还可以通过三维模型分析电子元器件的布局情况。

1锥束CTI作原理及重要指标

以下锥束CT系统采用双源双探设计主要由线阵探测器和平板探测器系统、机械系统、微焦点锥束x射线源和小焦点锥束x射线源系统等组成。主要工作原理，x射线源在锥角范围内发出的x射线穿过被检测物体，被检测物体在机械系统上进行360度旋转，同时探测器会接收到被扫描物体不同角度的投影数据，最后把所有的投影数据被传回计算机，利用三维图像重建算法对投影数据进行重建分析，得到被检测物体的三维重建数据，为分析检测物体内部的三维结构信息提供了可靠依据，如图1所示。

双源双探设计采用微焦点和常规焦点两个射线源，两个射线源自上而下依次安装在射线源立柱上;面阵探测器和线阵探测器自上而下安装在探测器立柱上;为实现不同射线源和探测器之间的相互切换，两个探测器可在探测器立柱上垂直射线方向移动，且探测器立柱可沿射线方向移动;两个射线源可在射线源立柱上垂直射线方向移动，实现一机多用，提高设备利用率，降低设备投入成本。

双源双探设计的意义：微焦点射线源系统主要对检测精度要求较高的工件，如：电子器件、芯片、电路板等高精密器件;而线阵探测器主要针对大型工件，进行断层扫描，可以得到工件某一截面的截面图，适用于截面壁厚分析。常规焦点射线源系统由于焦点尺寸较大，适用于尺寸较大且精度要求不高的工件。

影响锥束CT系统的关键技术指标，空间分辨率、密度分辨率、信噪比、焦点尺寸等。

（1）空间分辨率：指C T图像中能够辨别最小物体的能力。以分辨黑白相问条形带的对数，即每毫米线对数（1p/mm）表示。影响该参数的因素有扫描像素數目大小、探测器准直孔的宽度、采样点间距、重建算法、机械系统精度、X射线管焦点大小、图像数据校正与图像重建算法等。

（2）密度分辨率又称为系统灵敏度，它表示能够区分开的密度差别程度。利用图像的灰度去分辨被检测物的材质，通常以密度变化的百分比（%）表示相互变化的关系。提高密度分辨率的方法主要是合理选择源的能量，增加源的剂量，降低噪声。

在辐射剂量一定的情况下，空间分辨率与密度分辨率是矛盾的。密度分辨率越高，空间分辨率就越低，两者之积为一常数。

（3）信噪比：信号与噪声的比值。此值越大越好。随着曝光量的增加，检测图像的信噪比也将提高。信号：探测器对输入检测信号（射线剂量）的响应，噪声是探测器对输入检测信号谢线剂量）响应的波动（偏差）。信噪比表征检测图像质量的基础性因素，它与对比度共同决定了检测图像识别细节（缺陷）的能力。

（4）焦点尺寸主要指的是射线管出束位置的最小尺寸，影响着系统成像精度。据分析可知在相同的几何放大倍数条件下，焦点尺寸越大，几何不清晰度也越大，所以要对焦点尺寸进行适当的控制。

2锥束CT在电子元器件方面的应用

我公司针对电子行业开发有低能及微焦点工业CT/DR成像系统，具有空间分辨率高、成像迅速、操作简单等特点，可对各种电子元器件及印制板等进行快速的无损检测和电路板逆向分析，能检测出电子元器件内部的常见缺陷及印制板的焊点和走线缺陷，能通过自主研发的专业电路板分析软件实现逆向电路设计。

逆向工程（又称逆向技术），是一种产品设计技术再实现过程。其中主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。这对于消化，引进和吸收国内外先进技术具有重要意义。

通过DR和cTN结合，三维和二维数据同步分析。对于复杂的结构目对成像精度要求比较高的工件可以使用锥束CT扫描，对于层数比较少且结构简单的工件可以使用DR拍片，通过两个角度（0°和90°）拍摄，就可以清晰分辨出电路分布情况。

锥束CT逆向工程是需要按照流程进行，首先要根据工件选择和是的CT设备，尺寸较小的可以使用桌面机操作;设置好扫描参数采集数据信息，通过CT专用软件对几何伪影，金属伪影进行校正，得到高精度扫描数据，然后使用自主研发专用的电路板分析软件对电路板每一层进行分析，具体流程如图2所示。

通过CT专用分析软件VG studio Max对扫描后的三维数据分析。通过移动活动面对扫描数据的每一层进行分析，对每一层的电路布局情况进行去伪影、滤波处理通过专用软件记录和提取线路信息，最终把每一层的有效信息结合起来通过电路设计软件进行还原。如图3所示。

对于简单的电子元器件，只需要使用微焦点工业CT系统对其进行DR拍摄。也可以清晰看到线路连接情况和元器件焊接情况，对于虚焊，断焊等情况都可以很容易发现。但是DR扫描只适用于结构简单，层数较少的电路板，且需要观察的部位没有重叠信息。

3总结

本文主要介绍了锥束CT系统在电路板逆向分析和电子元器件检测方面的应用和检测方法。通过cTNDR两种方式结合实际案例进行介绍，CT扫描主要适用于结构复杂，检测要求较高的工件，可以通过二维和三维两种结果分析，对于逆向分析至关重要。NDR扫描可以针对结构相对简单，检测要求较低的工件。DR拍片可以弥补了CT重建过程中产生的金属伪影。

针对电路板逆向分析主要采用的还是CT技术，主要通过数据采集、数据分析处理、电路板分析、电路逆向设计几个步骤完成，通过实验已经能满足客户需求，并且已经成功应用。