CN104024836B - 用于smt在线的自动x射线检查装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种SMT在线自动X射线检查装置。所公开的检查装置包括：台单元，可拆装地支撑被检查体，且能够沿平面上的X轴、Y轴移动和旋转；X射线真空管，布置在所述台单元的下侧，向设置在所述台单元上的所述被检查体照射X射线；检测器，沿一侧可旋转地布置在所述台单元的上侧上，检测透过所述被检查体的X射线，其中，所述X射线真空管被设置为针对所述检测器的旋转而同步旋转且所述X射线真空管的X射线辐射面与所述台单元平行，其中，所述台单元包括中空轴，且包括可旋转地支撑所述中空轴的中空轴承。

Description

用于SMT在线的自动X射线检查装置
技术领域
本发明涉及一种自动X射线检查装置，尤其，涉及一种能够维持高精度的同时通过自动解读高速拍摄的图像来执行对于电路板的2维和3维检查的在线自动X射线检查装置。
背景技术
一般来讲，诸如无线便携式电话或数码相机的电子装置的趋势在于逐渐小型化，由此，应用于各个电子装置的电路板的贴装尺寸也变得小型化和高密度化。
作为这种表面贴装技术(SMT：Surface Mount Technology)领域中使用的芯片部件，出现了0402型(0.4mm×0.2mm)，并且一种趋势是数百个引脚的多引脚的球栅阵列(BGA，Ball Grid Array)或芯片级封装件(CSP，Chip Scale Package)的两面贴装也变得普遍。与此同时，焊接结合面积(焊接球直径)越来越小，并且执行无烟焊接，但是由于不存在能够正确检查焊接接合的接合强度等的装置，因此对于可靠性的不安感逐渐增加。并且，由于无法用肉眼观看诸如BGA的封装件背面的焊接接合部，并且因高密度和不存在引脚空间而无法使用线路内(In-circuit)测试器。
因此，出现了通过透射X射线检查装置检查上述无法用肉眼直接确认的部分的必要性。
但是，在生产线上执行全数检查时，对于现有的透射X射线检查装置而言，专业的检查者需要用肉眼检查显示在画面上的所有透射图像，因此判定速度和精确度根据检查者的熟练度而偏差较大并且难以早期发现接合不良，所以现有的透射X射线检查装置具有难以满足保证市场所需程度的品质的问题。
为了解决这种问题，提出了代替操作者的肉眼检查并自动解读拍摄的图像的自动X射线检查(AXI：Automatic X-ray Inspection)装置。
针对这种现有的自动X射线检查装置，开发了以X射线真空管或检测器倾斜布置的状态对电路板的贴装状态进行断层拍摄的倾斜(oblique)类型，以通过拍摄的图像显示2维甚至3维图像来准确地解读电路板的内部缺陷(孔隙(void)、裂缝(crack)等)。
但是，这种现有的自动X射线检查装置因检查速度低而具有不适合用于SMT在线(in-line)的问题。这是因图像处理速度和机械结构问题综合作用的结果。
尤其，对于机械结构问题，例如，X射线真空管和台(stage)被组装为一体连接，因此当移动台和X射线真空管时电机将承受大的负荷。
同时，由于台一体组装至在检查中根据需要而进行垂直移动和水平移动的X射线真空管，因此因台高速旋转时发生振动等的无法稳定支撑的结构，出现了台的旋转精度显著降低并且无法维持台的同心度的问题。这对于被检查体的拍摄是大的阻碍，且因此而形成歪曲的图像，成为难以保障可靠的检查的因素。
发明内容
技术问题
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供如下的自动X射线检查装置，即，能够以高精度自动读取高速拍摄的图像来执行被检查体(电路板的贴装部分)的2维和3维检查以应用于SMT在线。
技术手段
为了达到上述目的，本发明提供了一种自动X射线检查装置，其特征在于包括：台单元，可拆装地支撑被检查体，且能够沿平面上的X轴、Y轴移动和旋转；X射线真空管，布置在所述台单元的下侧，向设置在所述台单元上的所述被检查体照射X射线；检测器，沿一侧可旋转地布置在所述台单元的上侧上，检测透过所述被检查体的X射线，其中，所述X射线真空管被设置为针对所述检测器的旋转而同步旋转且所述X射线真空管的X射线辐射面与所述台单元平行，其中，所述台单元包括中空轴，且包括可旋转地支撑所述中空轴的中空轴承。
所述台单元包括用于将电源传送至所述台单元的电缆，且所述电缆为能够防止电缆之间的扭结或干扰的扁平电缆(flat cable)。此时，优选地，所述扁平电缆被布置为在所述中空轴的外侧沿螺旋方向缠绕。
优选地，所述扁平电缆安置于围绕所述中空轴的环状的电缆收容部件，并且所述电缆收容部件中，安置所述扁平电缆的面形成为平面。
优选地，所述中空轴承包括交叉滚珠轴承，所述交叉滚珠轴承的外轮钳夹到轴承外壳，而内轮钳夹到中空轴，且所述外轮和内轮被钳夹的位置分别为至少3个地点，且所述三个地点被设置为相互角度相同。
所述台单元可包括：集电环，与所述台单元电连接并与所述台单元一起旋转，以将电源传送至所述台单元；供电刷，接触到所述集电环来施加电源。
所述台单元可为了被检查体的CT拍摄而从动力传递部接收驱动力，并沿顺时针方向旋转360度之后，沿逆时针方向旋转360度，且所述检测器可在台单元的顺时针旋转和逆时针旋转时分别进行拍摄。
所述动力传递部可包括：驱动电机；驱动滑轮，结合到所述驱动电机的驱动轴；从动滑轮，沿所述中空轴的下端结合；编码器，用于检测所述台单元的旋转角度；同步带，连接所述驱动滑轮、从动滑轮和编码器。
优选地，所述驱动电机为至少以180度/秒的驱动速度进行驱动的伺服电机。
所述检测器可根据由所述编码器发生的信号而至少以120帧/秒进行扫描。
所述X射线真空管可维持与所述台单元分离的状态并进行水平移动和垂直移动。
在本发明中，所述检测器将经离子化的透过所述被检查体的X射线变换为电信号，且放大经变换的电信号来变换为数字图像信号，且优选地，还包括：对从所述检测器传送的多个数字图像信号进行高速重构(reconstruction)之后执行3维检查的图像处理部。其中，所述图像处理部可包括至少4个图形处理单元核(Graphics Processing Unit Core)以执行高速重构。
发明效果
如上所述，本发明具有如下优点，可维持台单元高速旋转时的旋转精度的同时拍摄相当于现有水平的2倍的图像，并且可进行台单元的顺时针方向旋转和逆时针方向旋转时的双方向拍摄，从而可显著提高检查速度，并且可使用多个GPU核来进行高速处理，从而可用于SMT在线。
另外，本发明中，使用了中空轴承，且为了最小化这种中空轴承的变形而设置至少3个点的以相同角度布置的钳夹位置，从而维持了针对台单元的旋转轴的同心度，并且使用了扁平电缆或具备集电环和供电刷，从而可最小化台单元的旋转引起的干扰。
附图说明
图1为示出根据本发明的一实施例的SMT在线自动X射线检查装置的正视图；
图2为示出图1所示的台单元和X射线真空管的放大图；
图3为示出根据本发明的一实施例的SMT在线自动X射线检查装置的侧视图；
图4为示出图1所示的X射线真空管和检测器的同步移动的概略图；
图5和图6为示出台单元的动力传递部的平面图和侧视图；
图7和图8为示出台单元的轴承结构的平面图和侧视图；
图9和图10为示出台单元旋转之前的扁平电缆的布置的平面图和侧视图；
图11和图12为示出台单元旋转360度之后的扁平电缆的布置的平面图和侧视图；
图13和图14为示出利用集电环和供电刷来向台单元供应电源的示例的平面图和侧视图。
具体实施方式
下面，结合附图描述根据本发明的一实施例的SMT在线自动X射线检查装置。只是，当在描述本发明时，若确定与本发明相关的公知技术的详细描述将不必要地混淆本发明的要点，则将省略对其的描述。
参照图1至图3，本实施例的SMT在线自动X射线检查装置为能够兼容2维和3维检查的检查装置，且包括X射线真空管10、检测器30、台单元50和图像处理部70。
在钨、钼、铜等的金属之间用高电压对从X射线真空管10的管内的管丝(filament)热发射的电子进行加速，并将经加速的电子与金属靶标进行冲撞而产生X射线(X-ray)。
所述X射线真空管10垂直布置于台单元50的下侧，且布置为X射线真空管10上端的X射线辐射面10a与台单元50总是平行(参照图4)。
这种X射线真空管10被设置为可垂直移动和可水平移动，并且这种移动通过第一支撑件11和第二支撑件13的驱动而实现。
第一支撑件11固定设置于X射线真空管10的一侧，且可滑动地结合到第二支撑件13的垂直引导轨15。而且，第二支撑件13可滑动地结合到第三支撑件17的水平引导轨19。此时，水平引导轨19沿与检测器30的旋转方向对应的直线方向(即，X轴方向)布置，从而X射线真空管10可根据检测器30的旋转而同步移动。
如此，在本发明中，X射线真空管10在与台单元50完全分离的状态下被驱动，所以电机在移动X射线真空管10时所承受的负荷不大于现有技术，因此能够以小的驱动力圆滑地移动X射线真空管10。
检测器(detector)30将被离子化的、透过作为被检查体的基板的各个贴装部件的X射线变换为电信号，并通过放大该经变换的电信号来变换为数字图像信号。
所述检测器30被布置在台单元50的上侧且与其相距预定间隔，并且被设置为能够沿一方向旋转预定角度θ。此时，第四支撑件31固定结合于检测器30的一侧，且第四支撑件31可滑动地结合到第五支撑件33的引导轨35。第五支撑件33结合为可沿形成于上部引导板37上的曲线引导槽39滑动。
参照图4，在初始状态下，所述检测器30被布置为垂直以使检测器30的中心与X射线真空管的X射线辐射面10a的中心一致。而且，在断层拍摄时，检测器30旋转移动预定角度，X射线真空管10也根据检测器30的旋转而同步移动。此时，检测器30的旋转中心位置被设置为与台单元的高度对应的位置，且同步移动的X射线真空管10的辐射面10a维持与台单元50的平行。
台单元50包括被检查体支撑部件50a、中空轴54、中空轴承55、驱动电机57、动力传递部、电缆收容部件60。
被检查体支撑部件50a通过一般钳夹单元来可拆装地支撑作为被检查体的基板。被检查体支撑部件50a形成有空间，以在内侧通过X射线。所述被检查体支撑部件50a在平面上沿X轴和Y轴方向直线移动。
为了这种被检查体支撑部件50a的X轴和Y轴移动，台单元50具备第一支撑框架51和第二支撑框架52。此时，被检查体支撑部件50a可滑动地结合到第一支撑框架51上的X轴方向引导轨51a，第一支撑框架51可滑动地结合到第二支撑框架52上的Y轴方向引导轨52a。所述被检查体支撑部件50a和第一支撑框架51从驱动电机M1、M2分别接收驱动力。
中空轴54结合到第二支撑框架52的下端，且可旋转地被围绕中空轴54的外周的中空轴承55所支撑。
参照图7和图8，中空轴承55由围绕外周的轴承外壳56所支撑。针对这种中空轴承55，优选使用具有内轮55a、外轮55b以及在内轮55a/外轮55b之间布置的滚珠55c的交叉滚珠轴承(cross roller bearing)。
此时，内轮55a/外轮55b分别由分别固定设置到中空轴54和轴承外壳56的多个第一夹钳C1和第二夹钳C2所固定。由此，内轮55a固定到中空轴54来与中空轴54一起旋转，外轮55b固定到轴承外壳56而不旋转。
对所述内轮55a进行钳夹的多个第一夹钳C1分别以相同间距排列，相同地，对外轮55b进行钳夹的多个第二夹钳C2也分别以相同间距排列。在本实施例中，分别使用了6个第一夹钳C1和第二夹钳C2，但不限于此，分别使用至少3个第一夹钳C1和第二夹钳C2即可。只是，所使用的第一夹钳C1和第二夹钳C2优选地分别以相同角度布置。
如此，通过将中空轴承55的内轮55a/外轮55b点支撑到预定位置，来最小化由于以上支撑而施加到中空轴承55的变形，从而可确保台单元50的旋转精密度。
所述轴承外壳56固定设置于水平布置的底座D的上面。此时，底座D由多个垂直框架F所支撑，从而位于与地面相距预定高度处。优选地，考虑X射线真空管10的移动范围而将底座D的高度设置为适当的高度。
参照图5和图6，驱动电机57通过动力传递部将台单元50沿顺时针方向和逆时针方向交替旋转360度，且驱动电机57优选使用驱动速度为180度/秒以上的高速伺服电机。
所述驱动电机57通过支撑部件57b固定设置到多个垂直框架F中的一个，且驱动电机57的旋转轴(未示出)上结合了与同步带58d连接的驱动滑轮57a。
此时，同步带58d连接到沿着中空轴54的下端连接的从动滑轮59和用于检测台单元50的旋转角度的编码器58a。此时，同步带58d可通过由至少一对带张力调节部58b、58c对其一部分施加压力而维持合适的带张力。
所述编码器58a每当在台单元50旋转1.5度时发生信号，检测器50根据该信号对旋转的被检查体进行120帧/秒的扫描。据此，通过高速拍摄可获得比现有技术更多的投射(projection)，从而可获得更加精确和丰富的图像品质。因此，检测器50沿顺时针方向旋转360度时对基板贴装部分的一部分拍摄240帧，然后在沿X轴和Y轴移动至下面拍摄的基板贴装部分的另一部分之后，在被检查体向原始位置沿逆时针反向旋转360度时拍摄240帧。
在本实施例中，将检测器50的扫描速度举例为120帧/秒，但是不限于此，只要检测器能够实现至少120帧/秒的扫描速度即可。
与此相关，在现有技术中，当被检查体从0度沿顺时针方向旋转360度时进行拍摄，而在旋转回原始位置、即沿逆时针方向360度旋转时不进行拍摄，因此发生相当于所述旋转时间的损失(loss)。
如此，现有技术中只能进行单方向拍摄，与此相反，由于本发明中可以进行双方向(顺时针和逆时针方向)拍摄，因此可期待生产性提高。
而且，所述基座D上固定设置了电缆收容部件60，且该电缆收容部件60被布置为包覆轴承外壳56。在所述电缆收容部件60中，形成有可移动地安装扁平电缆65的环状的收容空间61，且在中央形成有插入轴承外壳56的贯通孔63。此时，收容空间61的底面形成为平面，且扁平电缆65的与中空轴54相邻的一端67固定到电缆收容部件60。
参照图9至图12，扁平电缆(flat cable)65沿电缆收容部件60的收容空间61以螺旋方向缠绕布置，以防止电缆之间的扭结或干扰。
这种扁平电缆65的螺旋方向缠绕布置，可最小化在根据台单元50的顺时针方向旋转(参照图11和图12)和逆时针方向旋转(参照图9和图10)而在收容空间61之内移动时的与收容空间61的底面的接触面积，从而减小摩擦力。据此，最小化可能因扁平电缆65而发生的台单元50的旋转干扰因素，从而可维持台单元50高速旋转时的旋转精度。
上面描述了台单元50通过扁平电缆65接收电源的示例，但是不限于此，可省略扁平电缆65。即，参照图13和图14，可包括与台单元50一起旋转的集电环(slip ring)81，且包括将多个接触引脚85接触到所述集电环81的一面形成的圆形导电图案(未示出)来向集电环81施加电力的供电刷83，从而可省略扁平电缆65。
此时，由于可以省略扁平电缆65，因此可最小化当台单元50高速旋转时可能会降低旋转精度的因素。
图像处理部70具备至少4个图形处理单元核(Graphics Processing UnitCore)，且通过所述图形处理单元核来对由检测器50拍摄的投射图进行高速重构(reconstruction)，从而可针对被检查体的每个部分节省大约3秒的三维检查时间，因此可作为SMT在线而使用。
而且，在本发明中，关于台单元50的旋转轴的同心度对获得高品质图像产生大的影响。尤其，因机械结构问题而可能会在同心度方面产生偏差，而所述图形处理部70自动校正因这种机械结构而发生的偏差。这种自动校正由软件方式实现，登记针对台单元50的旋转中心具有唯一性的图案，且在旋转360度时每1.5度寻找发生的公差偏移(offset)，并在执行重构的同时实现校正。
另外，一般的X射线检查装置中，在X射线电压/电流关闭(off)之后为了启动设备而开启(on)线缆时需要用于使电压/电流和目标的温度趋于稳定的一定时间，这表现为通过X射线获得的图像的焦点(Focus)根据目标的温度上升的阶段而不同的现象。本发明采用实时寻找图像的焦点的自动管焦点(ATF：Auto Tube Focus)功能，从而可省略所述稳定所需的时间的同时，还提高了生产效率。
同时，现有的倾斜CT(Oblique CT)中，为了X射线照射角问题和通过减小与产品的距离来提高几何学放大率而使用开放型X射线真空管，但是在本发明中，使用封闭型X射线真空管来减小真空管的体积，从而可减少成本的同时简单地实现机械结构。此时，本发明采用具有一侧60度的照射角的宽角封闭管(Wide Angle Close Tube)来解决上述X射线照射角问题。
如上所述，虽然基于有限实施例描述了本发明，但是本发明不限于此，显然的是，本发明所属技术领域中具有一般知识的技术人员可在本发明的技术思想和所附权利要求的等同范围内进行各种修改和变形。
产业上的可利用性
本发明涉及在线自动X射线检查装置，可应用于诸如半导体芯片等电子部件的非破坏性检查领域。

Claims (10)

1.一种自动X射线检查装置，其特征在于，包括：
台单元，可拆装地支撑被检查体，且能够沿平面上的X轴、Y轴移动和旋转；
X射线真空管，布置在所述台单元的下侧，向设置在所述台单元上的所述被检查体照射X射线；
检测器，沿一侧可旋转地布置在所述台单元的上侧上，检测透过所述被检查体的X射线，
其中，所述X射线真空管被设置为针对所述检测器的旋转而同步旋转且所述X射线真空管的X射线辐射面与所述台单元平行，
其中，所述台单元包括中空轴，且包括可旋转地支撑所述中空轴的中空轴承，
其中，所述检测器将经离子化的透过所述被检查体的X射线变换为电信号，且放大经变换的电信号来变换为数字图像信号，
其中，所述自动X射线检查装置还包括：对从所述检测器传送的多个数字图像信号进行高速重构之后执行3维检查的图像处理部，其中，所述图像处理部包括至少4个图形处理单元核以执行高速重构，
所述台单元包括用于将电源传送至所述台单元的扁平电缆，所述扁平电缆被布置为在所述中空轴的外侧沿螺旋方向缠绕，
所述中空轴承由交叉滚珠轴承构成，所述交叉滚珠轴承的外轮钳夹到轴承外壳，而内轮钳夹到中空轴，
所述台单元为了被检查体的CT拍摄而从动力传递部接收驱动力，并沿顺时针方向旋转360度之后，沿逆时针方向旋转360度。
2.根据权利要求1所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述扁平电缆能够防止电缆之间的扭结或干扰。
3.根据权利要求2所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述扁平电缆安置于围绕所述中空轴的环状的电缆收容部件，并且所述电缆收容部件中，安置所述扁平电缆的面形成为平面。
4.根据权利要求1所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述外轮和内轮被钳夹的位置分别为至少3个地点，且所述三个地点被设置为相互角度相同。
5.根据权利要求1所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述台单元包括：
集电环，与所述台单元电连接并与所述台单元一起旋转，以将电源传送至所述台单元；
供电刷，接触到所述集电环来施加电源。
6.根据权利要求1所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述检测器在台单元的顺时针旋转和逆时针旋转时分别进行拍摄。
7.根据权利要求6所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述动力传递部包括：
驱动电机；
驱动滑轮，结合到所述驱动电机的驱动轴；
从动滑轮，沿所述中空轴的下端结合；
编码器，用于检测所述台单元的旋转角度；
同步带，连接所述驱动滑轮、从动滑轮和编码器。
8.根据权利要求7所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述驱动电机为至少以180度/秒的驱动速度进行驱动的伺服电机。
9.根据权利要求8所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述检测器根据由所述编码器发生的信号而至少以120帧/秒进行扫描。
10.根据权利要求1所述的自动X射线检查装置，其特征在于，所述X射线真空管维持与所述台单元分离的状态并进行水平移动和垂直移动。
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