DE10014111A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Röntgenstrahlprüfung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Röntgenstrahlprüfung

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Röntgenstrahlprüfung, mit denen der Anbringungszustand, insbesondere offene Stellen von Lötkugeln (1a) und dergleichen, elektronischer Vorrichtungen, z. B. BGAs und CSPs, die ständig kleiner werden und höhere Dichten erreichen, auf Leiterplatten (2) präzise beurteilt werden kann. In der Vorrichtung sind eine Röntgenstrahlquelle (11), die Röntgenstrahlen aussendet, und eine Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12), die Röntgenstrahlen erfaßt, einander gegenüber angeordnet, wobei sich dazwischen eine Probe (13) befindet. Die von der Röntgenstrahlquelle ausgesendeten Röntgenstrahlen, die durch die Probe (13) verlaufen, werden von der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung erfaßt. Die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung enthält eine Röntgenstrahlauftreffebene (12a), die parallel zu einer Achse S angeordnet ist. Eine Schwenkeinrichtung (16) schwenkt die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung um die als Mittelachse dienende Achse S, wobei die Röntgenstrahlauftreffebene stets in die gleiche Richtung weist. Eine Dreheinrichtung (15) dreht die Röntgenstrahlquelle (11) um die als Drehachse dienende Achse S synchron zu der Schwenkung der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Röntgenstrahlprüfung und insbesondere ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung zur Röntgenstrahlprüfung des Anbringungs- oder Verbindungszustandes elektronischer Vorrichtungen wie etwa BGAs (Ball Grid Arrays) und CSPs (Chips Scale Packages), die weiter verkleinert sind und höhere Dichten besitzen, auf Karten oder dergleichen.
In den letzten Jahren ist die Leistungsfähigkeit von Zellen- oder Mobiltelephonen, Personalcomputern, Video- und Audiogeräten und dergleichen erheblich gewachsen. Dies wurde ermöglicht durch die IC- Gehäusetechnologie, die den Kern hiervon bildet. Die Dichte von Gehäusen für die Montage von IC-Chips sowie die Geschwindigkeit der Signalverarbeitung haben zugenommen.
Insbesondere haben Array-Gehäuse wie etwa BGAs und CSPs, die kürzlich als Mittel zur Ermöglichung einer innovativen Gehäusetechnologie mit mehr Anschlüssen aufgekommen sind, Aufmerksamkeit erlangt.
Obwohl jedoch die Array-Gehäuse wie etwa BGAs in vorteilhafter Weise mehr Anschlüsse zulassen, ist es schwierig, durch eine optische oder eine visuelle Laserprüfung zu beurteilen, ob der Anbringungszustand eines Array-Gehäuses auf einer Leiterplatte gut oder schlecht ist, da konstruktionsbedingt der Verbindungsabschnitt des Gehäuses mit der Leiterplatte durch das Gehäuse selbst verdeckt wird, wenn das Gehäuse auf der Leiterplatte angebracht ist. Bei Gehäusen mit geringer Anschlußschrittweite ist es selbst durch eine elektrische Prüfung schwierig, den Ort von Defekten genau zu lokalisieren.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand eines beispielhaften BGA 1 auf Anschlußseite schematisch zeigt. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Leiterplatte 2 zeigt, auf der das in Fig. 1 gezeigte BGA 1 montiert ist. Aus Fig. 2 geht hervor, daß es äußerst schwierig ist, durch Sichtprüfung zu beurteilen, ob der Verbindungszustand der Lötkugeln 1a, die in dem Abschnitt mit Ausnahme des Umfangs des BGA 1 angeordnet sind, mit der Leiterplatte 2 gut oder schlecht ist, falls das BGA 1 auf der Leiterplatte 2 montiert ist.
Derzeit sind als Techniken zum Prüfen des Verbindungszustandes eines Array- Gehäuses wie etwa eines BGA und einer Leiterplatte beispielsweise ein System, in dem verschiedene und präzise zwei- oder dreidimensionale perspektivische Bilder des Verbindungsabschnitts aus einer gegebenen Richtung röntgenologisch erhalten werden, sowie ein System, in dem Schnittbilder des Verbindungsabschnitts in einer Ebene parallel zur Hauptoberfläche der Leiterplatte, sogenannte Transversalschnittbilder, röntgenologisch erhalten werden, bekannt.
Als Vorrichtung, in der die Radiographie verwendet wird, ist eine dreidimensionale Röntgenstrahlprüfvorrichtung bekannt. Fig. 3 zeigt Beispiele von Röntgenstrahl-Photographien des Verbindungsabschnitts, die mit der dreidimensionalen Röntgenstrahlprüfvorrichtung aufgenommen wurden.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann bei Verwendung der dreidimensionalen Röntgenstrahlprüfvorrichtung die innere Form, die von außen nicht beobachtet werden kann, in Form perspektivischer Bilder beobachtet werden. Selbst wenn daher die innere Form kompliziert ist, kann mit angemessener Präzision beurteilt werden, ob der innere Zustand gut oder schlecht ist.
Es ist jedoch schwierig, einen offenen Zustand von Anschlüssen (Lötkugeln) zu erfassen, den Anwender bei der Montage von Array-Gehäusen wie etwa BGAs und CSPs, die den Kern der neuesten hochdichten Gehäusetechnologie bilden, am häufigsten prüfen. Fig. 4 zeigt diagrammartig ein Beispiel eines offenen Zustandes von Lötkugeln.
Durch die Gewinnung von transversalen Schnittbildern (Horizontalscheibenbildern) des Verbindungsabschnitts an zwei oder mehr vertikalen Positionen unter Verwendung der Schnittradiographie und durch Messen und Vergleichen der Schattengrade kann die innere Form in gewissem Maß geprüft werden.
Es ist jedoch äußerst schwierig, durch scheibenartige Schnittbilder transversaler Schnittbilder offene Stellen oder Unterbrechungen von Anschlüssen (Lötkugeln) präzise zu erfassen, wenn ein Array-Gehäuse wie etwa ein BGA oder ein CSP auf einer Leiterplatte montiert ist, da dies bedeutet, offene Stellen, die in einer zur Hauptoberfläche der Leiterplatte senkrechten Richtung auftreten, aus der horizontalen Richtung erfassen zu müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Röntgenstrahlprüfung zu schaffen, mit denen der Zustand elektronischer Vorrichtungen wie etwa der Anbringungszustand elektronischer Vorrichtungen, z. B. BGAs und CSPs, die im Laufe der technischen Entwicklung zunehmend kleiner werden und höhere Dichten erhalten, auf Karten, vor allem offene Stellen oder Unterbrechungen von Anschlüssen, präzise beurteilt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 11. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Wie oben erwähnt, ist der Verbindungsabschnitt eines Array-Gehäuses wie etwa eines BGA mit einer Leiterplatte, der durch das Gehäuse selbst verdeckt ist, bisher unter Verwendung perspektivischer Bilder aus horizontalen oder schrägen Richtungen (siehe Fig. 3) oder unter Verwendung von Transversalschnittbildern geprüft worden. Es ist jedoch im wesentlichen unmöglich, offene Stellen von Anschlüssen (Lötkugeln) durch diese Prüfsysteme präzise zu erfassen.
Der Erfinder hat festgestellt, daß offene Stellen von Lötkugeln (siehe Fig. 4) Probleme bilden, die in einer zum BGA oder zur Hauptoberfläche einer Leiterplatte im wesentlichen senkrechten Richtung und seltener in einer hierzu parallelen Richtung auftreten. Der Erfinder hat außerdem festgestellt, daß die Erfassung offener Stellen von Lötkugeln sicher erfolgen kann, wenn Schnittbilder erhalten werden, die zur Hauptoberfläche einer Leiterplatte senkrecht sind (sogenannte Vertikalschnittbilder), und nicht durch Erhalten von Schnittbildern parallel zur Hauptoberfläche (transversale Schnittbilder) wie im Stand der Technik. Die Erfindung wurde gemacht durch die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem vertikale Schnittbilder photographiert werden können und durch die Entwicklung einer Vorrichtung, mit der das Verfahren ausgeführt werden kann.
Die Fig. 5(a) und 5(b) sind schematische Darstellungen vertikaler Schnittbilder des Verbindungsabschnitts. Fig. 5(a) zeigt den Fall, in dem keine fehlerhafte Verbindung vorhanden ist, während Fig. 5(b) den Fall zeigt, in dem offene Stellen von Lötkugeln 1a vorhanden sind.
In dem Röntgenprüfverfahren nach Anspruch 1 ist ein Abschnitt einer zu prüfenden Probe, der bei einer relativen Bewegung der Röntgenstrahlquelle und der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung unter Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen geometrischen Beziehung zwischen ihnen einen Basisabschnitt der Bewegung bildet, in einem Zustand, der als konstant angesehen werden kann. Andererseits wird die Verformung der Bilder um so größer, je weiter die anderen Abschnitte von dem Basisabschnitt der Bewegung entfernt sind. Daher werden die Bilder hiervon unschärfer, so daß sie einer visuellen Erkennung nicht dienen können. Daher wird ein vertikales Schnittbild erfolgreich erhalten.
Das Prinzip wird im folgenden unter Verwendung der Fig. 6 bis 8, die für die Beschreibung des Röntgenstrahlprüfverfahrens nach Anspruch 1 angegeben werden, beschrieben. Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine Draufsicht, eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht. Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Probe schematisch zeigt.
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine Probe, die auf einer Bühne 14 angeordnet ist (Fig. 7). Der diagonal schraffierte Bereich 13a in Fig. 9 gibt einen zu untersuchenden Abschnitt der Probe 13 an. Die Punkte A, B, D, E und F liegen in dem Abschnitt 13a, wobei die Punkte B, A und D auf derselben geraden Linie L1 liegen, die Punkte E, A und F auf derselben geraden Linie L2 hegen und die geraden Linien L1 und L2 sich unter einem rechten Winkel schneiden. Ein Punkt K in der Probe 13 liegt nicht im Abschnitt 13a, sondern ist um eine Strecke m vom Punkt B im Abschnitt 13a entfernt.
Eine Röntgenstrahlquelle 11 und eine Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 sind so angeordnet, daß sie einander zugewandt sind und daß sich die Probe 13 zwischen ihnen befindet. Von der Röntgenstrahlquelle 11 werden Röntgenstrahlen ausgesendet, die durch die Probe 13 verlaufen und von der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 erfaßt werden.
  • A) Indem die Röntgenstrahl-Auftreffebene 12a in der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 zum Abschnitt 13a in der Probe 13 parallel orientiert wird, werden die Punkte A, B, D, E und F im Abschnitt 13a auf Punkte a, b, d, e und f in der Röntgenstrahlauftreffebene 12a in der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12, die sich bei H befindet (Fig. 6 bis 8), projiziert. Hierbei bildet der Punkt a das Zentrum der Röntgenstrahlauftreffebene 12a.
  • B) Die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 wird um die gerade Linie L1 geschwenkt, wobei die parallele Beziehung zwischen der Röntgenstrahlauftreffebene 12a und dem Abschnitt 13a aufrechterhalten wird, während die Röntgenstrahlquelle 11 synchron zu der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 um die als Drehachse dienende gerade Linie L1 gedreht wird. Durch diese Operation bewegt sich die Röntgenstrahlquelle 11 von G nach g, während sich die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 von H nach h in eine hierzu parallele Position bewegt (schwenkt).
  • C) Die Punkte A, B, D, E und F im Abschnitt 13a werden auf Punkte a, b, d, e bzw. f in der Röntgenstrahlauftreffebene 12a in der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12, die sich nun bei h befindet, projiziert.
Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, werden die Abstände r1, r2, r3 und r4 zwischen dem Punkt a und den Punkten b, d, e bzw. f in der Röntgenstrahlauftreffebene 12a durch die Bewegungen (B) nicht geändert. Das Ausmaß der geometrischen Vergrößerung jedes Punkts A, B, D, E oder F im Abschnitt 13a auf der Röntgenstrahlauftreffebene 12a ist gleichmäßig, wobei die folgende Beziehung gilt.
Ausmaß der geometrischen Vergrößerung
= Ga/GA = Gb/GB = Gd/GD = Ge/GE = Gf/GF = ga/gA
= gb/gB = gd/gD = ge/gE = gf/gF
Der Punkt K, der sich in einem Abstand m vom Abschnitt 13a befindet, wird auf einen Punkt KH auf der Röntgenstrahlauftreffebene 12a, die sich bei H befindet, und auf einen Punkt Kh auf der Röntgenstrahlauftreffebene 12a, die sich bei h befindet, projiziert. Zwischen den Positionen, auf die der Punkt K während der Bewegungen (B) projiziert wird, wird ein Spalt mit Abstand r5 erzeugt. Im Ergebnis wird das Bild unscharf. Das Bild fließt und ist nicht fest.
In dem Röntgenstrahlprüfverfahren nach Anspruch 1 nimmt ein Bild, das von der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 erhalten werden kann, die Form des Abschnitts 13a an, der die gerade Linie L1 enthält und zu der Röntgenstrahlauftreffebene 12a in einer parallelen Beziehung steht. Mit anderen Worten, es kann ein Schnittbild des Abschnitts 13a erhalten werden, der die gerade Linie L1 enthält, die die Drehachse der Röntgenstrahlquelle 11 und die Mittelachse der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 bildet, und der zu der Röntgenstrahlauftreffebene 12a parallel ist.
Wenn daher eine Leiterplatte 2, auf der ein BGA 1 angebracht ist (siehe Fig. 2), auf der Bühne 14 angeordnet wird und der Anbringungszustand des BGA 1 auf der Leiterplatte 2 geprüft werden soll, kann ein sogenanntes Vertikalschnittbild (siehe Fig. 5) erhalten werden, das dlie gerade Linie L1 enthält und zur Röntgenstrahlauftreffebene 12a parallel ist. Unter Verwendung dieses Bildes kann eine Erfassung von offenen Stellen von Anschlüssen (Lötkugeln) sicher ausgeführt werden, ferner kann präzise beurteilt werden, ob der Verbindungszustand im Verbindungsabschnitt, der durch das Gehäuse selbst verdeckt wird, gut oder schlecht ist.
Das obenbeschriebene Röntgenstrahlprüfverfahren nach Anspruch 1 ist wegen der Bewegungen der Röntgenstrahlquelle 11 und der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 höchst wirksam, wenn ein Vertikalschnittbild der Leiterplatte 2 erhalten werden soll. Wenn jedoch beispielsweise der Verbindungszustand geprüft wird, ist es auch möglich, nicht nur ein Vertikalschnittbild senkrecht zur Hauptoberfläche der Leiterplatte 2, sondern auch ein zur Hauptoberfläche der Leiterplatte 2 schräges oder paralleles Schnittbild (transversales Schnittbild) zu erhalten.
In dem Verfahren nach Anspruch 2 kann durch Wählen eines zu prüfenden Abschnitts, der zur Bühne senkrecht ist, ein vertikales Schnittbild erhalten werden (siehe Fig. 5).
In dem Verfahren nach Anspruch 3 kann durch Wählen eines zu prüfenden Abschnitts, der zur Bühne nicht senkrecht ist, ein Schnittbild, das zur Bühne schräg oder parallel ist, erhalten werden.
In dem Röntgenstrahlprüfverfahren nach Anspruch 4 kann durch Anordnen der geraden Linie senkrecht zur Bühne am effektivsten ein vertikales Schnittbild erhalten werden.
In der Röntgenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5 sind die Röntgenstrahlquelle und die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung so angeordnet, daß sie einander zugewandt sind, wobei sich die zu prüfende Probe zwischen ihnen befindet. Die Röntgenstrahlauftreffebene ist parallel zu einer geraden Linie angeordnet, wobei die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung um diese gerade Linie als Mittelachse geschwenkt wird. Wenn die Röntgenstrahlauftreffebene so festgehalten wird, daß sie stets in dieselbe Richtung zeigt, während Röntgenstrahlen, die von der Röntgenstrahlquelle ausgesendet werden, auf die Probe auftreffen und die Röntgenstrahlquelle um die als Drehachse dienende gerade Linie synchron zur Röntgenstrahlerfassungseinrichtung gedreht wird, werden die durch die Probe verlaufenden Röntgenstrahlen in der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung erfaßt.
Wenn sich die Röntgenstrahlquelle und die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung unter Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen geometrischen Beziehung zwischen ihnen, die auf einer Ebene basiert, die die gerade Linie enthält und eine parallele Beziehung zur Röntgenstrahlauftreffebene hat, relativ zueinander bewegt werden, ist die einen Basisabschnitt der Bewegung bildende Ebene in einem Zustand, der als konstant angesehen werden kann.
Daher wird ein Abschnitt der Probe in der Ebene, der einen Basisabschnitt der Bewegung bildet, Gegenstand einer visuellen Erkennung. Die Verformung der Bilder wird um so größer, je weiter die anderen Abschnitte von dem Basisabschnitt entfernt sind. Folglich werden die Bilder hiervon unscharf, so daß sie nicht Gegenstand einer visuellen Erkennung sein können.
Es kann ein Schnittbild eines Abschnitts der Probe, der die gerade Linie enthält und zur Röntgenstrahlauftreffebene im wesentlichen parallel ist, erhalten werden.
Wenn daher der Anbringungszustand eines BGA 1 auf einer Leiterplatte 2, auf der das BGA 1 angebracht ist (siehe Fig. 2), geprüft wird, kann ein Schnittbild der Leiterplatte, das die gerade Linie enthält und zur Röntgenstrahlauftreffebene im wesentlichen parallel ist, erhalten werden.
Da in der Röntgenstrahlprüfvorrichtung nach Anspruch 6 ein zu prüfender Abschnitt irgendein zur Bühne senkrechter Abschnitt ist, kann ein vertikales Schnittbild (siehe Fig. 5) erhalten werden. Unter Verwendung dieses Abschnitts kann die Erfassung offener Stellen von Lötkugeln sicher ausgeführt werden, ferner kann präzise beurteilt werden, ob der Verbindungszustand eines Gehäuses auf einer Leiterplatte, der durch das Gehäuse selbst verdeckt wird, gut oder schlecht ist.
Da bei Verwendung der Röntgenstrahlprüfvorrichtung nach Anspruch 7 ein zu untersuchender Abschnitt irgendein Abschnitt mit Ausnahme der Abschnitte senkrecht zur Bühne sein kann, kann ein Schnittbild, das schräg oder parallel zur Bühne ist, erhalten werden. Hierbei ist ein paralleles Schnittbild ein transversales Schnittbild.
Da bei Verwendung der Röntgenstrahlprüfvorrichtung nach Anspruch 8 die gerade Linie zur Bühne senkrecht ist, kann am effektivsten ein vertikales Schnittbild erhalten werden.
Da bei Verwendung der Röntgenstrahlprüfvorrichtung nach Anspruch 9 die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung in einer Richtung senkrecht zur Röntgenstrahlauftreffebene gleiten kann, kann die Position des Schnittbildes fein gesteuert werden.
Da in der Röntgenstrahlprüfvorrichtung nach Anspruch 10 die Bühne zweidimensional bewegt werden kann, kann ein gewünschtes Schnittbild einfach erhalten werden.
Da bei Verwendung der Röntgenstrahlprüfvorrichtung nach Anspruch 11 jede der mehreren Röntgenstrahlerfassungseinrichtungen an einer Position angeordnet ist, an der anhand einer die gerade Linie enthaltenden vorgeschriebenen Ebene eine gleichmäßige geometrische Beziehung zu der rotierenden Röntgenstrahlquelle gebildet werden kann, ist die einen Basisabschnitt bildende Ebene in einem Zustand, der als konstant angesehen werden kann.
Daher wird ein Abschnitt der Probe in der Ebene, der als Basisabschnitt dient, Gegenstand einer visuellen Erkennung. Die Verformung der Bilder ist um so größer, je weiter entfernt die anderen Abschnitte vom Basisabschnitt sind. Folglich werden die Bilder hiervon unscharf, so daß sie nicht Gegenstand einer visuellen Erkennung sein können. Ein Schnittbild eines vorgeschriebenen Abschnitts, der die gerade Linie enthält, kann erhalten werden, ohne die Röntgenstrahlerfassungseinrichtungen zu bewegen.
Wenn daher der Anbringungszustand eines BGA auf einer Leiterplatte, auf der das BGA angebracht ist (siehe Fig. 2), geprüft wird, kann ein Schnittbild in bezug auf eine die gerade Linie enthaltende vorgeschriebene Ebene, die die Leiterplatte und das BGA enthält, erhalten werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
Fig. 1 die bereits erwähnte perspektivische Ansicht, die diagrammartig den Zustand eines beispielhaften BGA auf der Anschlußseite zeigt;
Fig. 2 die bereits erwähnte perspektivische Ansicht, die die Leiterplatte diagrammartig in einem Zustand zeigt, in dem ein BGA darauf angebracht ist;
Fig. 3(a), 3(b) die bereits erwähnten Röntgenstrahlphotographien des Verbindungsabschnitts eines BGA und einer Leiterplatte;
Fig. 4 das bereits erwähnte Diagramm zur Erläuterung des offenen Zustandes von Lötkugeln;
Fig. 5(a), 5(b) die bereits erwähnten Diagramme zur Erläuterung vertikaler Schnittbilder des Verbindungsabschnitts eines BGA und einer Leiterplatte;
Fig. 6 die bereits erwähnte diagrammartige Draufsicht zur Erläuterung eines Verfahrens der Röntgenstrahlprüfung der Erfindung;
Fig. 7 die bereits erwähnte diagrammartige Vorderansicht zur Erläuterung eines Verfahrens der Röntgenstrahlprüfung der Erfindung;
Fig. 8 die bereits erwähnte diagrammartige Seitenansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Röntgenstrahlprüfung der Erfindung;
Fig. 9 die bereits erwähnte perspektivische Ansicht, die eine Probe diagrammartig zeigt;
Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Hauptabschnitts einer Röntgenstrahlprüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung von Bewegungen einer Röntgenstrahlquelle und einer Röntgenstrahlerfassungseinrichtung;
Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung der Bewegungen einer Röntgenstrahlquelle und einer Röntgenstrahlerfassungseinrichtung;
Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung von Bewegungen einer Röntgenstrahlquelle und einer Röntgenstrahlerfassungseinrichtung; und
Fig. 14 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht, die den Hauptteil einer Röntgenstrahlprüfvorrichtung gemäß dem Beispiel 1 diagrammartig zeigt.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, die den Hauptabschnitt einer Röntgenstrahlprüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine Probe, die auf einer Bühne 14 angeordnet ist. In Fig. 10 ist eine Richtung senkrecht zur Montagefläche der Bühne 14 die Z-Richtung, während die beiden zur Z- Richtung senkrechten Richtungen die X- und die Y-Richtung sind. Die Bühne 14 umfaßt einen XY-Tisch, der Röntgenstrahlen durchläßt und durch eine (nicht gezeigte) darunter angeordnete Bühnenbewegungseinrichtung in X- oder Y-Richtung bewegt werden kann. Durch die Anordnung der Bühnenbewegungseinrichtung unter der Bühne 14 gelangt selbst eine Probe mit großer Fläche wie etwa eine Leiterplatte nicht mit der Bühnenbewegungseinrichtung in Konflikt.
Eine Röntgenstrahlquelle 11 und eine Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 sind so angeordnet, daß sie einander zugewandt sind, wobei sich die Bühne 14 in vertikaler Richtung (Z-Richtung) dazwischen befindet. Von der Röntgenstrahlquelle 11 werden Röntgenstrahlen ausgesendet, die sich durch die Probe 13 bewegen und in der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 erfaßt werden.
Hierbei wird als Röntgenstrahlquelle 11 eine Mikrofokus-Röntgenstrahlquelle des Typs mit hermetischer Röhre mit einer Fokusgröße von ungefähr 7 µm und einem Austrittswinkel von ungefähr 40° verwendet. Durch Verwirklichen eines kleinen Röntgenstrahlfokus kann ein hochauflösendes Bild erhalten werden, selbst wenn das Bild in der Abbildung vergrößert ist.
Die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 ist so angeordnet, daß eine Röntgenstrahlauftreffebene 12a zu einer Achse S, die in der zur Bühne 14 senkrechten Richtung (Z-Richtung) verläuft, parallel ist. Die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 ist mit einer Schwenkeinrichtung 16 verbunden und schwenkt entsprechend einer Betätigung der Schwenkeinrichtung 16 in der durch einen Pfeil M angegebenen Richtung um die als Mittelachse dienende Achse S, wobei die Röntgenstrahlauftreffebene 12a stets in die gleiche Richtung weist.
Die Röntgenstrahlquelle 11 ist mit einer Dreheinrichtung 15 verbunden und dreht sich entsprechend einer Betätigung dieser Dreheinrichtung 15 in der durch einen Pfeil N angegebenen Richtung synchron zu der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 um die als Drehachse dienende Achse S. Die Operationen der Dreheinrichtung 15 und der Schwenkreinrichtung 16 in bezug auf die X- und die Y-Richtungen werden durch eine Steuereinrichtung 17 gesteuert, in der ein entsprechendes Bewegungsprogramm gespeichert ist.
Der Bewegungsablauf der Röntgenstrahlquelle 11, die sich um die als Drehachse dienende Achse S dreht, und der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12, die um die als Mittelachse dienende Achse S schwenkt, wird im folgenden mit Bezug auf die in den Fig. 11 bis 13 gezeigten Diagramme beschrieben. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 11a einen Röntgenstrahl-Brennpunkt der Röntgenstrahlquelle 11. Fig. 11 zeigt einen Zustand zum Zeitpunkt des Beginns der Bewegungen, während Fig. 13 einen Zustand zum Zeitpunkt des Endes der Bewegungen zeigt.
Wie in den Fig. 11 bis 13 gezeigt ist, gelangt ein Abschnitt 13a der Probe 13, der die S-Achse enthält und zu der Röntgenstrahlauftreffebene 12a im wesentlichen parallel ist, dann, wenn der Röntgenstrahl-Brennpunkt 11a (Röntgenstrahlquelle 11) und die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 synchron zueinander unter Beibehaltung einer gleichmäßigen geometrischen Beziehung bewegt werden, in einen Zustand, der als fest angesehen werden kann. Einzelheiten hiervon sind bereits weiter oben beschrieben worden.
Die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 ist mit einer Bildverarbeitungseinrichtung 18 (Fig. 10) verbunden, an die den erfaßten Röntgenstrahlen entsprechende Bilddaten (Bildsignale) ausgegeben werden.
Die Bildverarbeitungseinrichtung 18 beginnt die Bildintegrationsverarbeitung gleichzeitig mit dem Beginn der Bewegungen und führt die Integrationsverarbeitung in einer vorgegebenen Anzahl (z. B. 256 mal) durch Anhalten der Bewegungen aus, um die Bildqualität zu verbessern, so daß auf einem Monitor 19 ein verarbeitetes Bild (statisches Bild) angezeigt wird. Das verarbeitete Bild repräsentiert ein Schnittbild im Abschnitt 13a der Probe 13, wie oben beschrieben worden ist.
In der Röntgenstrahlprüfvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Röntgenstrahlquelle 11 und die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 so angeordnet, daß sie einander zugewandt sind, wobei sich die Probe 13 zwischen ihnen befindet. Die Röntgenstrahlauftreffebene 12a ist so angeordnet, daß sie zu der senkrecht zur Bühne 14 verlaufenden Achse S im wesentlichen parallel ist. Die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 wird um die als Mittelachse dienende Achse S geschwenkt, wobei die Röntgenstrahlauftreffebene 12a stets in die gleiche Richtung zeigt, während die Röntgenstrahlquelle 11 die Probe 13 mit Röntgenstrablen bestrahlt, wenn sie um die als Drehachse dienende Achse S synchron zu der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 gedreht wird. Die durch die Probe 13 verlaufenden Röntgenstrahlen werden in der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 erfaßt.
Wenn wie oben beschrieben die Röntgenstrahlquelle 11 und die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 unter Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen geometrischen Beziehung bewegt werden, ist der als Basisabschnitt der Bewegungen dienende Abschnitt 13a in einen Zustand, der als fest angesehen werden kann. Die Verformung der Bilder hiervon werden um so größer, je größer die anderen Abschnitte vom Basisabschnitt der Bewegungen entfernt sind. Folglich werden die Bilder unscharf, so daß sie nicht Gegenstand einer visuellen Erkennung sein können.
Daher kann ein Schnittbild des Abschnitts 13a, der die Achse S enthält, die die Drehachse der Röntgenstrahlquelle 11 und die Mittelachse der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 bildet, und zur Röntgenstrahlauftreffebene 12a parallel ist, erhalten werden.
Wenn daher eine Leiterplatte 2 mit darauf montiertem BGA 1 (siehe Fig. 2) auf einer Bühne 14 angeordnet wird und der Anbringungszustand des BGA 1 auf der Leiterplatte 2 geprüft werden soll, kann ein vertikales Schnittbild (siehe Fig. 5), das die Achse S enthält und zu der Röntgenstrahlauftreffebene 12a parallel ist, erhalten werden. Unter Verwendung dieses vertikalen Schnittbildes können offene Stellen von Lötkugeln 1a sicher erfaßt werden, ferner kann präzise beurteilt werden, ob der Verbindungszustand des Verbindungsabschnitts, der gewöhnlich für eine Beobachtung von außen durch das Gehäuse selbst verdeckt wird, gut oder schlecht ist.
Wenn in der Bildverarbeitungseinrichtung 18 nur eine einfache Bildverbesserungsverarbeitung ausgeführt wird, ohne eine Verarbeitung für die Gewinnung eines Schnittbildes auszuführen, ist es dennoch möglich, ein perspektivisches Bild einer Probe 13 aus einer schrägen Richtung (siehe Fig. 3) zu erhalten, wenn die in Fig. 10 gezeigte Röntgenstrahlprüfvorrichtung verwendet wird.
Wenn daher die Bildverbesserungsverarbeitung bei der Prüfung des Anbringungszustandes einer elektronischen Vorrichtung auf einer Leiterplatte 2 ausgeführt wird, ermöglicht die Beobachtung eines perspektivischen Bildes schräg zur Hauptoberfläche der Leiterplatte 2, im voraus Stellen zu finden, die wahrscheinlich Defekte mit gewissem Ausmaß enthalten. Dann ist die Beobachtung unter Verwendung eines vertikalen Schnittbildes nur an diesen Stellen, die wahrscheinlich Defekte aufweisen, erforderlich. Dadurch kann die Prüfeffizienz stark erhöht werden.
In der Röntgenstrahlprüfvorrichtung gemäß der obenbeschriebenen Ausführungsform ist die Achse S senkrecht zur Bühne 14 orientiert, in einer weiteren Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, die Achse S in irgendeiner Richtung (schräg oder horizontal) in bezug auf die Bühne 14 mit Ausnahme der senkrechten Richtung anzuordnen.
Wenn beispielsweise die Röntgenstrahlauftreffebene 12a so angeordnet ist, daß sie zu der Achse S parallel ist, die schräg zur Bühne 14 verläuft, wird die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 um die als Mittelachse dienende Achse S geschwenkt, wobei die Röntgenstrahlauftreffebene 12a ständig in die gleiche Richtung weist, während die Röntgenstrahlquelle 11 die Probe 13 mit Röntgenstrahlen bestrahlt und dabei um die als Drehachse dienende Achse S gedreht wird, wobei die durch die Probe 13 verlaufenden Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 erfaßt werden. Dadurch kann ein Schnittbild in einer zur senkrechten Richtung geneigten Ebene erhalten werden.
Wenn die Achse S in derselben Ebene wie die Oberfläche der Bühne 14 hegt, kann ein Schnittbild (transversales Schnittbild) eines Abschnitts erhalten werden, in dem die Probe 13 horizontal geschnitten ist.
In der obenbeschriebenen Röntgenstrahlprüfvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 um die als Mittelachse dienende Achse 5 geschwenkt, wobei die Röntgenstrahlauftreffebene 12a stets in die gleiche Richtung weist (die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 schwenkt wie in den Fig. 11 bis 13 gezeigt). Hierbei bestrahlt die Röntgenstrahlquelle 11 die Probe 13 mit Röntgenstrahlen und wird um die als Drehachse dienende Achse S gedreht, wobei die durch die Probe 13 verlaufenden Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 erfaßt werden. Es ist jedoch auch möglich, ein gewünschtes Schnittbild in ähnlicher Weise zu erhalten, ohne die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 zu bewegen oder zu schwenken, indem eine solche Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 an jeder der in den Fig. 11 bis 13 gezeigten Positionen angeordnet wird, so daß Bilddaten von den mehreren ortsfesten Röntgenstrahlerfassungseinrichtungen 12 erhalten werden.
Beispiele
Fig. 14 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht, die den Hauptteil einer Röntgenstrahlprüfvorrichtung gemäß dem Beispiel 1 diagrammartig zeigt. Als Röntgenstrahlquelle 11 wird eine Mikrofokusvorrichtung des Typs mit hermetischer Röhre verwendet, die eine Röntgenstrahlrcihrenspannung von 100 kV, eine Fokusgröße von 7 µm, einen Austrittswinkel von 40° und einen Abstand α zwischen dem Gehäuse und dem Röntgenstrahlfokus 11a von 9,5 mm besitzt.
Als Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 kann ein Bildverstärker mit hoher Auflösung, hohem Kontrast und niedrigem Rauschen verwendet werden.
Mit der Röntgenstrahlquelle 11 ist ein (nicht gezeigter) Gleitmechanismus verbunden, mit dem die Röntgenstrahlquelle 11 längs der durch einen Pfeil W1 bezeichneten Richtung gleiten kann. Unter Verwendung dieses Gleitmechanismus kann die Größe eines erhaltenen Bildes eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Röntgenstrahlquelle 11 nahe bei einer Probe 13 angeordnet ist, wird die geometrische Vergrößerung erhöht, so daß das erhaltene Bild größer gemacht werden kann.
Mit der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 ist ein (nicht gezeigter) Gleitmechanismus verbunden, mit dem die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 in der durch einen Pfeil W2 bezeichneten Richtung gleiten kann. Bei Verwendung dieses Gleitmechanismus können die Grenzen des erhaltenen Bildes fein eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 nahe bei der Achse S angeordnet ist, kann ein Schnittbild eines Abschnitts 13a der Probe 13 erhalten werden, dessen oberer Abschnitt abgeschnitten ist.
Durch Anordnen einer Leiterplatte 2, auf der ein als Probe 13 dienendes BGA 1 montiert ist (siehe Fig. 2), auf einer Bühne 14 kann ein vertikales Schnittbild (siehe Fig. 5) erhalten werden. Unter Verwendung dieses Schnittbildes kann die Erfassung von offenen Stellen von Lötkugeln 1a sicher erfolgen, ferner kann präzise beurteilt werden, ob der Verbindungszustand des Verbindungsabschnitts, der gewöhnlich für eine Beobachtung von außen durch das Gehäuse selbst verdeckt wird, gut oder schlecht ist.
Da die Mikrofokusvorrichtung des Typs mit hermetischer Röhre einen Austrittswinkel von 40° hat, ist die Röntgenstrahlquelle 11 geneigt, so daß die Röntgenstrahlen, die von der Röntgenstrahlquelle 11 ausgesendet werden, in einer Röntgenstrahlauftreffebene 12a in die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung 12 eintreten. Wenn die Röntgenstrahlquelle 11 geneigt wird, wird der Abstand zwischen dem Röntgenstrahlfokus 11a und der Probe 13 länger. Die geometrische Vergrößerung wird etwas kleiner als dasjenige in dem Fall, in dem der Röntgenstrahlfokus 11a sehr nahe an die Probe 13 herangeführt wird, dies stellt jedoch im industriellen Gebrauch kein besonderes Problem dar.
Wenn die Mikrofokusvorrichtung nicht vom Typ mit hermetischer Röhre, sondern vom Typ mit offener Röhre ist, kann eine Mikrofokusvorrichtung mit einer Fokusgröße von 2 µm, einem Austrittswinkel von 120° und einen Abstand zwischen Gehäuse und Röntgenstrahlfokus von 1 mm verwirklicht werden. Wenn diese Vorrichtung als Röntgenstrahlquelle 11 verwendet wird, muß diese nicht geneigt werden, wobei der Abstand zwischen dem Gehäuse und dem Röntgenstrahlfokus ungefähr zehnmal kleiner als derjenige der Mikrofokusvorrichtung des Typs mit hermetischer Röhre ist, so daß die Vergrößerung stark verbessert werden kann.

Claims (11)

1. Verfahren zur Röntgenstrahlprüfung, bei dem ein zu prüfender Abschnitt (13a) einer Probe (13) unter Verwendung von Röntgenstrahlen photographiert wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Anordnen einer Röntgenstrahlquelle (11), die Röntgenstrahlen aussendet, und einer Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12), die Röntgenstrahlen erfaßt, in der Weise, daß sie einander zugewandt sind und die Probe (13) sich zwischen ihnen befindet,
Anordnen einer in der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12) vorgesehenen Röntgenstrahlauftreffebene (12a) im wesentlichen parallel zu dem Abschnitt (13a) und Schwenken der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12) um eine als Mittelachse dienende gerade Linie (S), die in der Ebene des zu prüfenden Abschnitts (13a) liegt, wobei die Parallelität zwischen der Röntgenstrahlauftreffebene (12a) und dem zu prüfenden Abschnitt (13a) beibehalten wird,
Beaufschlagen der Probe (13) mit Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlquelle (11), wobei die Röntgenstrahlquelle (11) um die als Drehachse dienende gerade Linie (S), die in der Ebene des zu prüfenden Abschnitts (13a) liegt, synchron zur Schwenkung der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12) gedreht wird, und
Erfassen von durch die Probe (13) verlaufenden Röntgenstrahlen mit der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu prüfender Abschnitt (13a) irgendein Abschnitt ist, der zu einer Bühne (14), auf der die Probe (13) angeordnet ist, im wesentlichen senkrecht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu prüfender Abschnitt (13a) irgendein Abschnitt ist, der zu einer Bühne (14), auf der die Probe (13) angeordnet ist, nicht senkrecht ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Mittelachse und als Drehachse dienende gerade Linie (S) zu einer Bühne (14), auf der die Probe (13) angeordnet ist, im wesentlichen senkrecht ist.
5. Röntgenstrahlprüfvorrichtung, in der eine Röntgenstrahlquelle (11), die Röntgenstrahlen aussendet, und eine Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12), die Röntgenstrahlen erfaßt, in der Weise angeordnet sind, daß sie einander zugewandt sind und eine Probe (13) sich zwischen ihnen befindet, wobei von der Röntgenstrahlquelle (11) ausgesendete Röntgenstrahlen durch die Probe (13) verlaufen und von der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12) erfaßt werden, gekennzeichnet durch
eine Röntgenstrahlauftreffebene (12a) in der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12), die zu einer vorgegebenen geraden Linie (S) im wesentlichen parallel ist,
eine Schwenkeinrichtung (16), die die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12) um die als Mittelachse dienende gerade Linie (S) schwenkt, wobei die Röntgenstrahlauftreffebene (12a) stets im wesentlichen in die gleiche Richtung weist, und
eine erste Dreheinrichtung (15), die die Röntgenstrahlquelle (11) um die als Drehachse dienende gerade Linie (S) synchron zur Schwenkung der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12) dreht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu prüfender Abschnitt (13a) der Probe (13) in der die gerade Linie (S) enthaltenden Ebene liegt, die zu der Röntgenstrahlauftreffebene (12a) im wesentlichen parallel ist, und der zu prüfende Abschnitt (13a) zu einer Bühne (14), auf der die Probe (13) angeordnet ist, im wesentlichen senkrecht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu prüfender Abschnitt (13a) der Probe (13) in der die gerade Linie (S) enthaltenden Ebene liegt, die zu der Röntgenstrahlauftreffebene (12a) im wesentlichen parallel ist, und der zu prüfende Abschnitt (13a) zu einer Bühne (14), auf der die Probe (13) angeordnet ist, nicht senkrecht ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Mittelachse und als Drehachse dienende gerade Linie (5) zu einer Bühne (14), auf der die Probe (13) angeordnet ist, im wesentlichen senkrecht ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen Gleitmechanismus, durch den die Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12) in einer zur Röntgenstrahlauftreffebene (12a) im wesentlichen senkrechten Richtung gleiten kann.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch eine Bühnenbewegungseinrichtung zum zweidimensionalen Bewegen einer Bühne (14), auf der die Probe (13) angeordnet ist.
11. Röntgenstrahlprüfvorrichtung, in der eine Röntgenstrahlquelle (11), die Röntgenstrahlen aussendet, und eine Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12), die Röntgenstrahlen erfaßt, in der Weise angeordnet sind, daß von der Röntgenstrahlquelle (11) ausgesendete Röntgenstrahlen durch ein Probe (13) verlaufen und von der Röntgenstrahlerfassungseinrichtung (12) erfaßt werden, gekennzeichnet durch
eine zweite Dreheinrichtung, die die Röntgenstrahlquelle (11) um eine als Drehachse dienende vorgegebene gerade Linie dreht, und
mehrere Röntgenstrahlerfassungseinrichtungen (12),
wobei jede von mehreren Röntgenstrahlauftreffebenen (12a) in den mehreren Röntgenstrahlerfassungseinrichtungen (12) an einer Position angeordnet ist, derart, daß in bezug auf eine die gerade Linie enthaltende vorgegebene Ebene eine gleichmäßige geometrische Beziehung zu der sich drehenden Röntgenstrahlquelle (11) beibehalten wird.
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