利用3D Xray，检测PCBA/锂电池/塑料制品等大样品的内部异常点 │iST宜特

发布日期：2019/5/14
发布单位：iST宜特

我有一些非IC类or非金属成份的产品想要观察内部结构
(Internal structure)及缺陷(Defect)请问3D X-ray做得到吗?

3D X-ray检测试验，对于时常收看宜特小学堂的各位并不陌生，它是一种可以不破坏样品的前提下做检测，样品以3D立体样貌 (3D image)呈现再以断层影像(CT Slice image)精确剖析找出内部结构、原材或组装各种异常。

以往，宜特小学堂讨论的，多是如何检测IC或金属类相关的成品(延伸阅读: IC 封装回来，电性测试却异常，如何厘清问题点？)，不过3D X-ray能够检测的产品除了一般IC，亦包括3D IC(延伸阅读: 3D 组件失效，用这三步骤，defect 立马现形)、MEMS，甚至到PCB、PCBA、锂电池/塑料制品、系统成品，都不用破坏分割进行检测，满足您的需求。(延伸阅读: 什么时机点，适合用3D X-ray找Defect?)

因此，本月小学堂，我们就要来探讨，如何利用3D X-ray检测IC以外及PCBA的样品。

速读3D X-ray原理

以非破坏性 X-ray透视的技术，再搭配光学物镜提高放大倍率进行实验检测，其实验过程是将待测物体固定后进行360°旋转，在这过程中收集各个不同角度的2D穿透影像，之后利用计算机运算重构出待测物体影像。

案例一: 利用3D X-ray检测锂电池内部异常

3D X-ray可在不破坏产品并且清楚观察到电池内部的异常。常见的锂电池设计包含正极板、负极板、电解液及隔离膜。组装方式是先将正负极板与隔离膜迭放或绕卷于罐体中，再注入电解液。隔离膜主要的功能为避免两极接触并确保离子可以在其中传递。虽然隔离膜与电化学反应没有关系，但结构及性质均会影响到锂电池的效能。藉由3D X-ray的检测，本案例观察到锂电池(参见图一、图二)极板产生裂缝(Crack)并且有发现异物(Particle)。

图一:电池内部正负极板弯曲导致裂缝(Crack)，并且在极板与隔离膜之间发现异物存在(Particle)。

图二:电池内部3D影像，内部发现极板产生裂缝(Crack)且发现异物(Particle)。
案例二: 利用3D X-ray观察工程塑料制品内部结构

工程塑料(Engineering Plastics)泛指为机械工程材料所使用作为机械结构的塑料(如PC、PMMA、ABS、POM、PBT、TPU……等)，本案例为医疗用精密塑料射出成型产品，为符合医疗高温杀菌且不会变形的需求,故选用耐高温、尺寸稳定性较高的PSU，藉由3D X-ray，观察出塑料成品内部结构及裂缝(Crack)、空洞(Voids)等缺陷(参见图三、图四)。

图三(左)、图四(右): 医疗级塑料产品需特别要求尺寸的精密度，而3D X-ray可以观察其内部结构及机构精密度，从图三我们可观察喷嘴是否异常并量测其口径。而图四我们可利用3D模型观察结构。
案例三: 利用3D X-ray观察消费类电子装置光学镜头内部结构

目前消费型电子产品搭载的光学镜头(Optical Lens)大致分为玻璃(Glass)镜片与塑料(PC、PMMA)镜片两种材质，每颗光学镜头依设计约有5~6片镜片组成，从初期光学设计、模具的精准度到镜头的组装，每个环节都很重要，组装时每个镜片有无倾斜、光轴心对焦是否精准，以符合设定的MTF(调制转换函数)。模块厂在组装过程由于技术门坎及复杂度甚高，稍有不慎将导致良率降低。为此厂商须在组装过程中，进行内部结构观察，本案例为利用3D X-ray，在镜头组装完成后，轻易的观察到内部镜片结构。从图五可观察各镜片与镜群之间组装过程是否有瑕疵。

图五光学镜头内部由5片镜片组成，组装过程需确认每个镜片之间有无倾斜，光轴是否精准。
3D影像可清楚观察内部结构。
案例四: 利用3D X-ray观察PCBA内部异常?

PCB(Printed Circuit Board )线路板产业不断增长，各种家用电器对于在材料、层数、精密度与BLR(Board Level Reliability)等的要求也越来越高。藉由3D X-ray可以观察PCBA(Printed Circuit Board Assembly)、内部埋孔开路(BVH open)、裂缝(Crack)、异物(Particle)与烧毁(Burn out)等缺陷。从图六-图八，藉由3D X-ray，发现PCBA内BVH断开及trace烧毁现象。

图六(左)、图七(中)、图八(右): PCBA(Printed Circuit Board Assembly)及载板(Substrate)制程中产生的缺陷，如﹕埋孔、盲埋孔异常(图六、图七)、线路制程不良、烧毁(图八)、桥接、开路、爆板、多层板各层线路配置分析等皆可使用3D X-ray观察。
案例五:最大到多少size的样品，可以利用3D X-ray观察?

宜特近期与德国YXLON公司合作，藉由其YXLON FF35 3D CT X-ray设备，可执行大样品(30*50cm)及高能量(Max. 225kV/280W)扫描(参见图九、图十)。

图九-图十: 为计算机主板3D X-ray影像，尺寸约为22*30cm，FF35 3D CT X-ray可将大范围样品一次拍入，并且在高低密度差异下仍可获得较佳影像。