线路板行业光检查机技术现状分析.doc

线路板行业X光检查机技术及突破 徐地华 刘世群广东正业科技股份有限公司摘要：本文阐述一种国内新型线路板行业用X光检查机及其发展历程。介绍了线路板行业用X光检查机结构、原理等,以及国内线路板行业用X光检查机技术水平现状。并指出制约国内线路板行业用X光检查机的技术瓶颈。通过对新型X光检查机与其它几种品牌X光检查机作比较分析，阐述新型X光检查机技术突破的重要意义，促使我国X光检查机技术水平达到国际先进水平。关键词：X光检查机 X光管 辐射防护 寿命 清晰度 The technology and breakthroughs of X-rayinspector in Print Circuit Board industryAbstract：This paper introduces a new domestic X-ray inspector and its development process using in the circuit board industry. Meanwhile, it introduces the structure, principle and the technology level of domestic X-ray inspector. Pointing out the technology restriction and the importance of technological breakthroughs of X-ray inspector using in the domestic circuit board industry by comparing the new X-ray inspector and several other brand X-ray inspector, to make the technology standards of domestic X-ray inspection machine reach the international advanced level.Key words：X-ray inspector； X tube；anti-radiation； longevity； definition 1 前言国内X光检查机品种较多，在医疗、工程机械、军工等行业都有广泛应用。对于线路板行业用X光检查机，在国内发展历史不长且多为进口，尤其是高清晰度和高精度X光检测设备，几乎全部为进口垄断。对于生产X 光检查机厂家来说，其采用的结构、原理大致相同且并不复杂，但产品的各项性能指标不尽相同。而线路板行业X光检查机技术与其它行业用X光检查机技术有所区别，主要表现在以下几个方面：一是零部件选型不同。医疗、工程机械多采用大功率、大电流、大焦斑的X光管，电压一般在几百千伏以上。而线路板行业一般采用较小电压电流X光管，电压一般在几十千伏左右。如目前国内几款线路板行业X光检查机电压均为50KV。二是精度和参数要求不同。医疗、工程机械等行业，主要要求图像观察及其效果，对图像之细微观察要求不高。所以，X光管焦斑在110-1200m之间。而线路板行业一般要求除图像及效果外，还要求对细微孔、线等进行观察和测量，并且要求有一定精度的测量和分析等功能，对清晰度的要求更高，所以X光管焦斑一般在35-110m之间。广东正业科技股份有限公司（以下简称正业科技）的爱思达品牌X光检查机，在研发初期，就对国内外各个同档次X光检测设备进行了全面的对比分析，并与成都电子科技大学联合研制。重要件X光管采用同档次最高的35m焦斑光管，在性能上相对国内几个品牌有一定优势。但与国外同类产品及高端的打靶机等的效果相比，还有一定差距(尽管在价格和服务上有一定优势)。但客户的要求总是与高端产品相比较。因此，国内几个品牌的竞争，成了价格与成本的竞争。而在技术性能上，没有哪个品牌形成绝对压倒性的优势。其主要原因在于关键性能上没有突破。正业科技通过几年的研究，在线路板行业用X光检查机上的关键技术上获得突破，产品的关键性能获得客户的首肯，技术水平达到国际先进水平。 2 X光检查机基本结构原理与性能要求2.1 X光检查机结构原理（如图1）主要包括X光管、X光管高压电源组件、控制单元、图像增强器、X-CCD等。控制单元操作X光管，发出X射线，X射线穿透线路板，被图像增强器接收转化，经X-CCD成像和计算机处理获得相应的图像，从而对要求检测部位进行观察和检测。图12.2 影响X光检查机性能的主要零部件 X光管、图像增强器、X-CCD、控制单元、X光管高压电源组件等是制约X光检查机性能的主要零部件，这些部件的质量与水平对整机性能有重要影响。因此，对以上几种零部件的正确选型，是确保产品性能与质量的前提。 也正因为如此，对选型以上几种零部件品牌，成为生产厂家作为竞争的筹码之一。但这几种零部件对产品的关键性能起不到决定性作用，最终制约产品优势性能的是产品的控制软件。控制软件技术水平可提高产品的多项技术性能。同时，还可以弥补部分品牌零部件的不足。2.3 性能要求2.3.1 X光检查机测试成像质量X光检查机主要用于观察，因而测试时成像质量是最主要的指标。成像质量的好坏，是进入销售的一道门坎。因此，图像清晰度是线路板行业X光检查机的一项关键性能指标。2.3.2 X光管的使用寿命目前，在使用的X光检查机中，X光管易损坏、寿命短，始终是客户头痛的问题之一。X光管易损坏的最主要原因就是X光管的冷却效果问题。X光管的冷却效果不佳，极易导致X光管因温度过高而损坏；另外不同客户的使用工况和使用方法不同，例如有的是几乎24小时工作，而有的是偶尔观察使用。所以X光管的损坏情况不一样。这也是X光管供应商不能确切告诉客户X光管寿命的原因。2.3.3 X射线泄漏量X射线泄漏会对身体造成一定伤害，甚至致癌。因此，对X射线防护是首要的安全问题。另外，由于X射线防护所需材料易损坏，所以对防护的方法要求较高。2.3.4 辅助功能如同心圆的测量，孔距的测量，四图合并等功能。3 正业科技ASIDA-XG21 X光检查机与国内几家X光检查机的参数性能比较如表一所示。从表中可看出，ASIDA-XG21 X光检查机与国内几家X光检查机的性能相比，有一定优势。ASIDA-XG21 X光检查机投入市场以来，基本获得客户的认可。但是，客户对目前市面几款X光检查机产品测试清晰度都不满意，以至几款产品的竞争，不时出现价格与成本竞争的尴尬局面，却无法实现客户提出的更高的清晰度要求。客户要求的效果是与同类产品价高多倍的X光打靶机的效果。尽管客户的要求较高，但只要有需求，就提高X光检查机测试图像的清晰度的必要性。如果在测试图像的清晰度有所突破，必将带来在同类产品竞争中的绝对优势。表一 No对比项目ASIDA-XG21台湾某品牌某品牌A某品牌B某品牌C进口某品牌1检测PCB板尺寸30x4524x2830x2430x3030x3028x302板厚12mm约15mm16层板5mm8mm20 mm3X光管指标最大电压50kv50KV50 kv 50 kv 50 kv60kv4最大电流1 mA 1mA1 mA 1 mA 1 mA 1 mA 5功率50 W50W50 W50 W50 W60 W7焦斑35m110m100m65m80m8放大倍率 8X40X10X20X7X35X40X888X/9成像系统可视范围18mm9.7X8.6mm25X25mm25X25mm2.525mm可调约15X15mm11空间解析度21 1p/cm/20 1p/cm25 1p/cm32 1p/cm15m12导航CCD分辨率12801024无无无无无13辐射泄漏量0.5sv/h1sv/h/14清晰度好差 差差差较好15被测板的观察定位孔和同心圆等定位孔和同心圆等定位孔和同心圆等定位孔和同心圆等/16测量功能线和圆测量线和圆测量线和圆测量线和圆测量/16图片保存可四图合并可四图合并单张图保存单张图保存可四图合并/17同心圆的观察7.95板厚及26层同心圆6.5板厚但看不出有多少个同心圆6.5板厚但看不出有多少个同心圆(16层)6.5板厚但看不出有多少个同心圆可观察8板20 Oz铜厚/4 正业科技爱思达品牌X光检查机的技术突破4.1 初期入市有优势，但不具优势压倒性爱思达品牌X光检查机是正业科技与成都电子科技大学联合研制的产品。从投市以来，与竞争对手相比，有一定优势。基本上能满足客户使用需求，但这种优势不具压倒性的威力。客户的要求更高，关键是X光检查机的主要性能测试图像的清晰度仍然不够理想。相对目前国内几个品牌，要在竞争中脱颖而出，还须在X光检查机的主要性能测试图像的清晰度上有所突破。4.2 正业科技力克难关，实现技术突破本产品相关研究人员，分三步解决以下技术难题：4.2.1第一步，确保安全性从X射线上防护上下功夫。经与多个客户及员工交流，普遍对X射线泄漏存在着恐惧感。恐惧感除了X射线本身对人体可能造成伤害外，很重要的一点就是X射线看不到、摸不着，形象比喻就是“暗箭难防”。为了保证产品的安全性，本品在结构上精心设计，生产上严格制作，质量部门严格把关。保证操作人员正确操作，辐射泄漏符合相关国家标准，从而保证安全性。从表一可看出，正业科技ASIDA X光检查机辐射泄漏量不大于0.5sv/h。（国家标准要求辐射泄漏量不大于2mSV/year，相当于不大于0.5SV/h,欧洲标准为不大于1.0 SV/h）.经专业机构对辐射泄漏测试验证，辐射泄漏量完全符合相关国家标准。4.2.2 第二步，提高X光管寿命 X光管的寿命，取决于以下两个方面：一是工作时间和工作负荷。X光管自身会衰减，工作时间及工作负荷不同而衰减程度也不同。在非常理想状况下，衰减至完全不能发生X光时的理论时间约为4万小时。而在工作时，一般衰减至一定程度就无法满足测试的要求。二是对X 光管工作时的温度控制。X光管工作时，对X光管表面的温度有一定要求。如果超过该温度要求其寿命就大打折扣，甚至损坏。因此对X光管工作时的温度保证至关重要，温度是影响X光管寿命的最大因素。由于用户使用情况有差异，再加上对X光管的认识不足，对X光管造成损坏的情况也不一样。有的用于偶尔观察，所以尚可用一年半载；而有的是接近二十四小时连续工作，短期就损坏，最短的甚至只有几十个小时。原因就在于，X光检测设备在X光管的温度保护上做得不够。因而造成较多客户认为X光管是极易损坏的部件之一。而X光管又是X光检查机最为重要的部件之一，如果频繁地更换，必将增加大量成本。正业科技精密仪器研究院在ASIDA X光检查机设计中，在冷却方面下苦功夫，充分考虑到客户工作的最恶劣工况，譬如二十四小时工况。并根据客户工况来设计和设置有关冷却方面的硬件和软件，保证X光管的安全。经正业科技精密仪器研究院的精心设计，X光管的温度控制在50以内，充分保证X光管的安全，将大大提高X光管的使用寿命。4.2.3第三步是在图像处理技术上下功夫X光检查机主要用于观察印制线路板内部的一些情况，如同心圆、线路错位情况、钻孔对位等线路板内部情况，同时带有部分测量功能。既是观察和测量，所以，通过设备获得的图像清晰与否至关重要。图2为正业科技ASIDA X光检查机软件改进前图像情况，分析如下：畸变轻微，能观察26层板。总体图像尚可观察。这也是正业科技与成都电子科大共同完成的有比较优势的一个结果，基本上获得市场的认可。 A 畸变情况图 B 26层板C 14层板图2以下图3是本文表一中台湾某品牌X光检查机的同一个位置图像情况。畸变较严重，14层板看不清，总体上图像清晰度较差。 A 畸变情况图 B 14层板 图3图4是另一品牌图像效果，畸变严重、清晰度差。 图4 对于其它几个厂家，图像清晰效果在上图2至图4效果之间，差距不大。虽然正业科技ASIDA X光检查机在性能上特别在图像清晰度上有一定优势，但差距不大，因而这种优势显不出压倒性的效果。经过与众多客户沟通了解，以及对较高价位的X光打靶机等的图像效果比较分析，发现X光打靶机与普通X光检查机在功能、技术上，特别是在图清晰度上有明显的差别，也因此X光打靶机在价位上大不相同。客户要求有 X光打靶机的图像效果，同时又是普通X光检查机的价位。有销售人员认为，价不同，物不同，难度也不同，国内还达不到要求。能不能在普通X光检查机上的图像达到与X光打靶机相同或相近的效果呢？“能！”正业科技人员给出了这样的答案。正业科技技术人员，大胆地向X光打靶机发出了挑战：要在X光图像清晰度上达到或超过X光打靶机效果！经过相关技术人员近六个月的攻关，成功编制一套新的独创的软件，并最终攻克了图像清晰度不足的问题，在图像清晰度上获得突破。如下图5两张照片，是在软件改进前后，观察26层板的图像清晰度对比情况。 A 软件改进前 B 软件改进后 图5从图5可看出，改进前的软件，可观察26层，但清晰度不够。改进后的软件，层次分明，图像清晰。同时，改进后的软件，通过对线路板其它部分进行观察，如在观察线路形状，孔对位情况等方面显得更加清晰明朗，如图6所示。 A 软件改进前 B 软件改进后图6图7是进口某著名品牌X光检查机图像效果图。其清晰度与图6A比较略优，与图6B比较略次。这充分说明了，正业ASIDA X光检查机图像清晰效果已不亚于进口同类产品！对于测量方面，由于清晰度的提高，可减少因人为因素造成的误差。图7图8是进口某品牌X光打靶机图像效果与正业科技ASIDA X光检查机的图像效果比较。从图可看出，正业科技ASIDA X光检查机的图像清晰效果比某品牌X光打靶机图像清晰效果略优。 A 正业ASIDA X