KR100863975B1 - 편축 단층영상합성법 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 복수의 관심영역의 편축 X선 영상을 획득하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본원 장치는 방사선을 생성하는 방사원(112), 복수의 관심영역(A, B, 및 C)의 적어도 하나의 서브세트를 지지하기 위한 지지면(120), 및 복수의 관심영역의 서브세트를 관통한 방사선의 일부를 동시에 수신하도록 위치된 X선 검출기(130)를 포함한다. X선 검출기는 방사선의 수신된 일부로부터 복수의 관심영역의 서브세트내의 각각의 관심영역에 대한 영상의 전자적 표현을 생성한다. 방사원, 지지면, 검출기의 임의의 조합은 방사선내에 관심영역을 위치결정하도록 이동될 수 있다.
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방사원, 검출기, 편축, X선, 관심영역, 단층영상합성, 조향식

Description

편축 단층영상합성법{OFF-CENTER TOMOSYNTHESIS}
본원발명은 일반적으로 영사 검사시스템 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원발명은 단층영상합성 영사기술을 사용하는 X선 검사시스템에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB)상에 집적회로(IC)칩을 장착하기 위해서는 상호접속에 중대한 결함이 있는지 판정하도록 PCB상의 상호접속의 검사가 필요하다. IC칩의 복잡성, 성능, 및 배치밀도의 계속적인 증가는 패키지 상호접속의 기능성 및 밀도를 요구하게 된다. 볼-그리드-어레이(BGA)는 특수 검사기술을 요구하는 상호접속을 갖는 표면실장기술(SMT) 패키지의 일예이다. PCB 상호접속의 밀도 및 복잡성이 계속 증가함으로 인하여, 상호접속내 또는 상호접속상의 결함을 검출하기 위한 많은 상호접속 검사기술이 발전되어 왔다.
그러한 상호접속 검사기술의 하나인 단층영상합성법은 3차원 전기적 땜납 접합 접속부를 관통하는 단일 평면을 따라 조각내어진 상의 디지털 영상 표현을 생성함으로써 결함을 검출할 수 있다. 디지털 단층영상합성 시스템은 시각적 방법 또는 종래의 X선 촬영법에 의해서는 검사될 수 없는 다양한 PCB 땜납 접합부 품질을 검사가능하게 한다. 본원에 참고문헌으로 편입되어 있고 Richard S. Peugeot에게 1987년 8월 18일 특허된 미국특허 No. 4,688,241는 본원출원의 도 1에 도시된 시스템(10)을 포함하는 많은 단층영상합성 검사시스템을 개시하고 있다. 시스템(10)은 조향식 마이크로포커스 X선 방사원(12), X선을 영사할 수 있는 대형 영상 검출기(30), 및 방사원과 검출기의 사이에 위치결정된 검사평면(20)을 포함한다. 본원에서, 방사원(12)에 관하여 "조향식"이라는 용어는 방사원(12)내의 전자선을 타겟 애노드상의 다양한 위치로 디렉팅할 수 있는 능력을 말하는 것으로 사용된다. 대조적으로, 정지식 또는 비조향식 방사원은 그러한 능력이 부족한 방사원, 즉, 전자선이 타겟 애노드에 단일 위치에서 충돌하는 방사원을 말하는 것으로 사용된다.
영사될 영역(A, B, 및 C)은 검사평면(20)에 놓여 있는 X-Y 테이블(도시되지 않음)상에 놓일 수 있다. 물체가 X-Y 테이블상에 있을 때, 검사물체는 땜납 접합부와 같은 관심영역이 영사될 수 있도록 X 및 Y 방향을 따라 병진이동될 수 있다. 방사원(12)은 검사물체를 관통하여 검출기(30)에 도달하기에 충분한 에너지를 가지면서도 결과영상이 관심영역내에서 콘트라스트를 갖기에 충분히 낮은 에너지를 갖는 X선(50)을 생성한다.
X선 방사원(12) 및 검출기(30)는 대략 2.5mm×2.5mm 내지 대략 25mm×25mm의 범위의 연속 가변 시야가 획득되게 하는 독립된 수직 구동 메카니즘상에 장착될 수 있다. 특히, X선 방사원(12)은 X선 방사원(12)과 검사평면(20)의 사이의 거리를 변경하는 프로그래밍가능한 Z축상에 장착되어 있다. 여기서 X선 방사원(12)과 평면(20)의 사이의 거리는 Z1이라 한다. 검출기도 검사평면(20)과 검출기(30)의 사이의 거리를 변경하는 프로그래밍가능한 Z축상에 장착되어 있다. 검사평면(20)과 검출기(30)의 사이의 거리는 Z2라 한다. 시야의 변동은 Z1과 Z2 중 어느 것 또는 모두를 변동시킴으로써 달성될 수 있다.
이제 도 1의 시스템의 동작이 설명될 것이다. 관심영역(A, B, 및 C)을 갖는 회로기판은 검사평면(20)의 X-Y 테이블상에 위치결정된다. 그 후 회로기판은 땜납 접합부 또는 컴포넌트와 같은 관심영역(A, B, 및 C)이 영사될 수 있도록 X 및 Y 방향을 따라 병진이동된다. 회로기판이 적절하게 위치결정되고 나면, X선(50)과 같은 방사선은 회로기판상의 물체를 향하여 투사된다. X선(50)의 일부는 물체를 투과하고 물체에 의해 변조된다.
물체를 관통한 X선(50)의 일부는 그 후 영상 검출기(30)에 충돌한다. 검출기(30)는 검사물체로부터 변조정보를 포함하고 있는 X선사진을 생성할 수 있다. 검출기(30)의 입력 스크린에 충돌하는 X선은 X선(50)내에 드는 물체의 볼륨의 가시광 또는 X선 영상을 생성한다. 검출기(30)가 영상 증배기를 포함한다면, 영상 증배기의 출력에서의 영상은 휘도가 증폭된다.
검출기(30)의 출력면상에 나타난 영상은 비디오 카메라(도시되지 않음)에 의해 미러를 통하여 보여진다. 도 1의 영역(1, 3, 5, 및 7)과 같은, 검출기(30)의 다양한 영역으로부터의 영상은 미러의 위치를 조절함으로써 카메라에 순차적으로 디렉팅될 수 있다.
그 후 결과영상은 비디오 디지털화기로 입력된다. 비디오 디지털화기는 디지털화된 영상 세트를 출력으로서 제공한다. 세트에서의 각각의 영상은 메모리에 공급되어 기억된다. 그 후 영상은 영상을 조합하여 결과영상을 모니터에 제공하는 공지된 단층영상합성 알고리즘으로 프로그래밍되어 있는 단층영상합성 컴퓨터내로 개별적으로 공급될 수 있다. 디지털화된 영상 세트의 해상도를 향상시키기 위해서, 전체 검출기(30)에 시야를 두어 단층영상합성용 영상을 획득하는 것보다는 영역(1, 3, 5, 및 7)과 같은 검출기(30)의 영역으로 카메라의 시야를 제한하는 것이 바람직하다.
시스템(10)에 대하여, 관심영역의 중심은 X선 방사원의 경로의 중심으로부터 검출기(30)의 중심으로까지 뻗어있는 선과 일치해야 한다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 물체(B)의 중심은 검출기(30)의 시야의 중심과 X선(50)의 중심선과 일치한다.
물체(B)에 대하여 단층영상합성 영상을 획득하기 위해서, 예를 들어, X선 방사원(12)은 Z축에 직교하는 원형 경로를 따라 다수 지점(1-8)에 위치결정된다. 원상의 각각의 지점은 Z축에 직교하는 1평면내에 있고 Z축으로부터 등거리 또는 등각을 유지한다. 각각의 지점에서, X선 방사원(12)은 물체(B)를 향하여, 적어도 일부 통하여, X선(50)을 방출함으로써, 검출기(30)에서 물체(B)의 영상을 생성한다. 예를 들어, 물체(B)에 대한 영상(1)을 획득하기 위해서, X선 방사원(12)은 위치(1)로 조향되고 검출기 시야는 위치(1)로 이동된다. 이러한 프로세스는 물체(B)의 영상(2 내지 8)에 대하여 반복된다. 8개의 영상은 순차적으로 획득되는데 그 이유는 X선 방사원 하우징 내부의 전자선 및 검출기 시야는 각각의 획득 후에 이동되어야 하기 때문이다. 결과로서, 알려진 소정 각도에서 물체(B)의 8개의 스캐닝된 영상이 캡처링된다.
물체(B)의 요구된 영상이 취해진 후에, X-Y 테이블은 물체(A)의 중심이 검출기 시야의 중심 및 X선(50)의 중심선과 일치하도록 이동된다. 물체(A)에 대하여 영상(1)을 획득하기 위해서, X선 방사원(12)은 위치(1)로 조향되고 검출기 시야는 위치(1)로 이동된다. 이러한 프로세스는 물체(A)의 영상(2 내지 8)에 대하여 반복된다. 따라서, 물체(A)의 8개의 스캐닝된 영상이 캡처링된다. 이러한 프로세스는 영사될 관심영역 또는 물체의 각각에 대하여 계속된다.
단층영상합성이 효과적이기 위해서, 각도(Phi)는 물체의 유용한 단층영상합성 슬라이스를 생성하도록 수직으로부터 적어도 25-30도이어야 한다. 그러나, X선 방사원의 직경, 검출기의 직경, 방사원과 물체와의 거리(Z1), 및 물체와 검출기와의 거리(Z2)의 실용적 제한으로 인하여, 달성될 수 있는 각도, 시야, 해상도, 및 시스템의 속도에 대하여 절충이 이뤄진다. 원하는 각도를 달성하여 유용한 단층영상합성 슬라이스를 달성하기 위해서, 고가의 X선 방사원 및/또는 검출기가 요구된다.
상기한 바와 같이, Peugeot에 의한 미국특허 No.4,688,241 및 도 1에서 도시된 바와 같은 종래의 단층영상합성 기술은 검출기에서의 시야 및 X선 촛점 위치의 중심선이 영사될 물체의 중심과 일치할 것을 요구한다. 이러한 배열은 많은 이점을 갖는다. X선이 관심영역의 중심을 관통하게 함으로써 머신의 교정, 영상의 그레이 콜렉션 및 디와핑, 및 물체의 기계적 위치결정이 단순화된다. 단층영상합성 슬라이스의 성질은 전자선 및 미러의 정확한 위치결정에 의존한다. 이러한 정확도는 갈보노미터 미러 및 전자기선 조향을 위한 현존 기술로 달성될 수 있다. 그러 나, 종래 시스템의 단점은 그것들이 대형 검출기 및 조향식 X선 방사원의 사용을 필요로 한다는 것이다. 그러한 장비는 고가여서 그 사용은 시스템의 전체 비용을 증가시킨다. 또한, 그러한 시스템에 있어서는, 8개의 영상의 각각의 하나를 순차적으로 획득하는 것이 더 느리므로, 시스템의 속도를 하나의 영상을 획득하는데 걸리는 시간의 8배로 제한한다.
따라서, 검출기에서의 시야 및 X선 촛점 위치의 중심선이 영사될 물체의 중심과 일치할 것을 요구하지 않는 단층영상합성 영사기술을 사용하는 X선 검사시스템이 필요하다.
또한, 조향식 X선 방사원 및 대형 검출기를 둘다 요구하지는 않는 단층영상합성 영사기술을 사용하는 X선 검사시스템이 필요하다.
더 나아가, 전체 비용을 감소시키면서 시스템의 스루풋을 증가시키는 단층영상합성 영사기술을 사용하는 X선 검사시스템이 필요하다.
본원발명은 검출기에서의 시야 및 X선 촛점 위치의 중심선이 영사될 물체의 중심과 일치할 것을 필요로 하지 않는 단층영상합성(tomosynthesis) 영사기술을 사용하는 X선 검사시스템을 제공함으로써 종래기술에 대한 요구를 충족시킨다. 이러한 요구가 제거되고, 대형 검출기 또는 조향식 X선 방사원 중 어느 하나 또는 모두의 사용이 회피됨으로써 상당한 비용 및 성능 이점이 실현된다.
이들 이점은 8개의 영상을 동시에 캡처링할 수 있는 X선 검출기와 조합된 비조향식 X선 방사원을 갖는 검사시스템을 사용함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 고가의 조향식 X선 방사원에 대한 요구가 제거되어 전체 시스템이 단순화된다. 또한 시스템의 속도 또는 스루풋이 향상된다.
대안으로 이들 이점은 조향식 X선 방사원 및 소형 고해상도 검출기를 갖는 검사시스템을 사용함으로써 실현된다. X선 방사원을 더 편축(off-axis) 조향함으로써, 물체의 영상은 고해상도 소형 검출기상에 투사될 수 있다. 따라서, 더 소형이고 더 저가인 검출기를 사용함으로써 비용 절감이 달성된다.
전형적으로 X선 검출기 및 조향식 X선 방사원은 검사시스템에 있어서 가장 고가의 컴포넌트이기 때문에, 그 중 하나 또는 모두의 비용을 감소시킴으로써 전체 시스템 비용은, 요구 성능을 유지하면서, 감소될 것이다.
또한 본원발명은 X선 방사원 또는 검출기 및 타겟 물체를 단층촬영을 위한 위치에 놓도록 요구되는 기계적 재위치결정 이동의 수를 감소시킨다. 따라서, 본원발명은 더 적은 비용과 시간으로 복잡한 상호접속의 영상이 생성될 수 있게 한다.
도 1은 종래기술의 X선 검사시스템의 예시도,
도 2는 본원발명의 X선 검사시스템의 일실시예의 예시도,
도 2a는 도 2의 실시예를 더 예시한 도,
도 3은 본원발명의 X선 검사시스템의 다른 실시예의 예시도,
도 4는 인쇄회로기판상의 영사될 영역의 예시도,
도 5는 도 4와 유사한 도로서, 단층영상합성 슬라이스를 만들도록 모든 필요 한 편축 영상을 획득하기 위해 X선의 중심선이 위치되어야만 하는 부가 위치를 더 예시한 도,
도 6은 본원발명의 실시예에 따른 육각형 스캔 패턴도.
도 2 내지 도 6을 참조하여 바람직한 실시예가 설명된다. 영사될 물체 또는 관심영역의 선택은 임의적이지만, 영사될 물체는 땜납 접합부를 통하여 회로기판에 접속된 전자 컴포넌트를 포함하는 회로기판 또는 전자 어셈블리로 이루어진 것이 바람직하다.
도 2 및 도 2a에는 본원발명의 제 1 실시예의 원리를 구체화하는 X선 검사시스템(100)이 각각 도시되어 있다. 시스템(100)은 비조향식 X선 방사원(112) 및 영역 검출기(130)를 포함한다. 적합한 비조향식 X선 방사원은 Nicolet Imaging Systems, San Diego, California로부터 입수할 수 있다. 방사원(112)은 옮겨져서 검사평면(120)의 중심 및 검출기(130)의 중심에 대하여 중심맞춰지는 것이 일반적이다. 도 2의 시스템에 대하여, 영사될 영역(A, B, 및 C)은 검사평면(120)에서 기계적으로 지지된다. 지지면은 서포트가 X-Y 테이블인 경우처럼 방사원(112) 및 검출기(130)에 대하여 영역(A, B, 및 C)을 이동시킬 수 있다. 대안으로 지지면은 방사원(112) 및/또는 검출기(130)에 대하여 영역을 소정 위치에만 유지할 수도 있다. 여기서 A, B, 및 C는 물체라 불리지만, 당업자는 A, B, 및 C가 동일한 물리적 물체내의 단지 다른 관심영역일 수 있음을 인식할 것이다.
X선 방사원(112) 및 검출기(130)는 연속 가변 시야를 허용하는 독립된 수직 구동 메카니즘상에 장착되어 있는 것이 바람직하다. 수직 구동 메카니즘은 X선 방사원(112)과 영사될 물체 사이의 거리(Z1), 및 영사될 물체와 검출기(130) 사이의 거리(Z2)를 변동시키는데 사용된다. 시스템(100)에 있어서, 거리(Z1)는 대략 0.5˝내지 3.0˝의 범위에서 변동될 수 있고 거리(Z2)는 대략 0.5˝내지 3.0˝의 범위에서 변동될 수 있다. 대안으로, 방사원(112) 및 검출기(130) 중 적어도 하나와 영역(A, B, 및 C)용 기계적 서포트는 Z1 및 Z2가 독립적으로 변동되게 하도록 독립된 수직 구동 메카니즘상에 장착될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 시스템은 수직 구동 메카니즘을 포함하지 않을 수 있고, 방사원(112) 및 검출기(130)는 고정 Z1 및 Z2 거리에 위치결정될 수 있다. 또한, 도 2에는 방사원(112)은 검사평면(120)의 위에 위치되고 검출기(130)는 평면의 아래에 위치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 대안으로 방사원(112)이 검사평면(120) 아래에 배치되고 검출기(130)가 평면 위에 배치될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
시스템(100)에는 플랫 스크린 및 각각의 방향으로 적어도 1000 픽셀을 갖는 X선 검출기(130)가 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에 따라, 검출기(130)는 비정질 실리콘(aSi) 검출기이다. aSi 검출기는 aSi로 만들어지고 세슘 요오드화물(CsI) 결정으로 코팅된 플랫 스크린으로 이루어져 있다. 그러한 aSi 검출기의 예는 Trixell, Moirans, France로부터 입수할 수 있는 Model FlashScan20이다. 이 특정 모델은 일방향으로 1536 픽셀을 갖고 타방향으로 1920 픽셀을 갖고 4 linepairs/mm의 해상도를 갖는다. 그것은 127 미크론 픽셀 사이즈를 갖고 따라서 대략 195mm×244mm의 총 검출기 사이즈를 갖는다.
X선이 aSi 검출기의 스크린에 충돌할 때, X선은 CsI의 층에 흡수된다. CsI는 섬광 물질이기 때문에, 광펄스를 순차적으로 방출한다. 그 후 이러한 광은 검출기(130)내에서 aSi 광다이오드의 매트릭스내 전기 전하 캐리어로 변환된다. 모든 광다이오드는 개개의 스위치에 의해 판독회로에 접속되어 있는데, 박막 트랜지스터 또는 다이오드일 수 있다. 출력 신호는 증폭되어 아날로그로부터 디지털로 변환된다. 광섬유 또는 다른 전기적으로 도전적인 링크에 의하여, 영상 데이터는 영상 정보를 처리하여 영상을 포뮬레이팅하는 실시간 영상 처리 시스템으로 전송된다. 그 후 결과영상은 도 2a에 도시된 디스플레이 또는 비디오 모니터(140)상에 보여지거나 추후 검색을 위해 기억될 수 있다.
통상의 단층영상합성에 있어서, 검출기의 출력은 미러에 의해 카메라에 공급되고 순차적으로 비디오 프로세서내로 공급된다. 상기 검출기(130)의 출력은 그 자체로 X선 영상의 디지털 표현이기 때문에, 미러 및 카메라에 대한 요구가 제거되고, 검출기의 출력은 직접 영상 처리 시스템으로 제공된다. aSi 검출기(130)는 각각의 영상에서 적어도 512 픽셀로 편축 영상에 대하여 30도 각도를 달성하기에 충분히 대형이기 때문에, 모든 8개의 영상은 동시에 획득될 수 있어서, 이하 더 설명될 바와 같이, 검사에 필요한 시간을 비약적으로 감소시킨다.
또한, 시스템(100)에는 제어 시스템이 제공된다. 제어 시스템은 물체, 방사원, 검출기, 또는 상기 것들의 특정 조합을 이동시킴으로써 검사평면(120)내의 소망 위치에 영사될 물체를 위치시키는 기능을 한다. 또한 시스템은 요구되는 거리(Z1 및 Z2) 및 이하 상세히 논의되는 본원발명의 영상 스티칭 태양을 변동시키 도록 독립된 수직 구동 메카니즘(이용되는 경우)의 동작을 제어한다.
도 2a에 도시된 프로세서(150)는 제어 시스템의 기능을 수행할 수 있고, 상기 실시간 영상 처리 기능도 수행할 수 있다. 따라서, 프로세서(150)는, 당업자에게 알려진 것으로서, 제어 시스템 및 영상 처리 기능을 수행하도록 프로그래밍가능한 범용 마이크로프로세서일 수 있다. 대안으로, 제어 기능이 별개의 마이크로프로세서 기반 디바이스 또는 별개의 제어기에 의해 수행될 수 있는 경우에 프로세서(150)는 전용 영상 처리 디바이스일 수 있다.
다시 도 2를 보면, 방사원(112)이 검사평면(120)의 영역을 향하여 X선을 투사할 때, 영역(A)의 편축 영상이 검출기(130)상의 위치(5)에서 획득되고, 물체(C)의 편축 영상도 그 상응위치(1)에서 획득될 것이다. 도 2에 도시되지 않은 다른 영역의 편축 영상도 획득될 수 있다. 이것은 이하의 논의를 통하여 더 잘 이해될 것이다. 더 많은 영상이 단층영상합성 복원을 위해 요구될 수 있지만, 단순화를 위해 논의는 4개의 영상으로 제한한다. 전형적인 땜납 접속 검사에 대하여, 더 많은 영상 또는 더 적은 영상이 대안으로 사용될 수 있지만, 통상 8개의 편축 영상은 만족할만한 결과를 제공한다는 것을 알았다.
도 4에는 인쇄회로기판상의 영사될 9개의 가능한 관심영역이 도시되어 있다. 관심영역(A)이 검사평면(120)의 중심에 놓이고 X선이 비조향식 방사원(112)으로부터 투사될 때, 검출기 위치(1)에 상응하는 영역(B)의 편축 영상이 획득되고, 검출기 위치(7)에 상응하는 영역(D)의 편축 영상도 획득될 것이다. 이와 같이 특정위치에서 편축 영상이 얻어지는 관심영역의 일부를 서브세트라고 한다. 관심영역(B)이 검사평면(120)의 중심에 놓이고 X선이 비조향식 방사원(112)으로부터 투사될 때, 검출기 위치(5)에 상응하는 영역(A)의 편축 영상, 검출기 위치(7)에 상응하는 영역(E)의 편축 영상, 및 검출기 위치(1)에 상응하는 영역(C)의 편축 영상이 획득될 것이다. 관심영역(C)이 검사평면(120)의 중심에 놓일 때, 검출기 위치(5)에 상응하는 영역(B)의 편축 영상 및 검출기 위치(7)에 상응하는 영역(F)의 편축 영상이 획득될 것이다. 관심영역(D)이 검사평면(120)의 중심에 놓일 때, 검출기 위치(3)에 상응하는 영역(A)의 편축 영상, 검출기 위치(1)에 상응하는 영역(E)의 편축 영상, 및 검출기 위치(7)에 상응하는 영역(G)의 편축 영상이 획득될 것이다. 관심영역(E)이 검사평면(120)의 중심에 놓일 때, 검출기 위치(5)에 상응하는 영역(D)의 편축 영상, 검출기 위치(1)에 상응하는 영역(F)의 편축 영상, 검출기 위치(3)에 상응하는 영역(B)의 편축 영상, 및 검출기 위치(7)에 상응하는 영역(H)의 편축 영상이 획득될 것이다. 나머지 관심영역이 위치에 놓이고 상응하는 영상이 획득된다.
관심영역(A, B, C, D, E, F, G, H, 및 I)에 대하여 영상의 완성 세트를 획득하기 위해서, 도 5에 도시된, 인쇄회로기판의 액티브 영역의 외부 영역은 검사평면의 중심에 위치결정되어야 하고 상응하는 영상이 취해진다. 실제로, 대부분의 관심영역은 에지상에보다는, 인쇄회로기판의 에지 내부에 존재할 것이다. 그러나, 본원발명으로는 수개의 상이 각각의 위치에서 순차적으로라기보다는 동시에 획득되기 때문에, 공지기술과는 대조적으로 스루풋이 상당히 향상된다.
검사평면에서 검사될 물체가 그리드 또는 다른 배열(예를 들어, 볼 그리드 어레이로부터의 접합부)이라면, X선 방사원이 관심영역(B)의 위에서 방사하고 있을 때, B에 인접한 다수의 영역이 동시에 방사받을 수 있다. 따라서, 본원기술은 8개 의 인접영역의 8개의 편축 영상을 동시에 획득하도록 사용될 수 있으므로, 전체 그리드를 검사하는데 요구되는 영사 위치의 총 수를 감소시킨다. 대조적으로, 영상을 획득하기 위한 종래 방법은 각각의 영역에 대하여 순차적으로 8개의 편축 영상을 만드는 것이였다. 따라서, N×N 영역의 배열에 대하여, 종래 방법을 사용하는 방사원 위치의 총 수는 8×N2일 것이다. 그러나, 본원발명의 실시예의 편축방법하에서는 각각의 영역에 대하여 하나의 위치만이므로, 영역의 경계를 더하여, 방사원 위치의 총 수는 (N+2)(N+2)=(N+2)2과 동일하게 된다. 영역의 수가 증가함에 따라, 영역에 비하여 방사원 위치의 수는 종래기술과는 대조적으로 비약적으로 감소할 것이다. 예를 들어, N=3이면, 종래 방법에 대하여서는 72개의 방사원 위치가 사용되는 반면, 본원 실시예의 편축 방법에 대하여서는 25개만이 사용된다. N=10에 대하여서는, 종래 방법에 대하여서는 800개의 방사원 위치가 사용되는 반면, 본원 실시예의 편축 방법에 대하여서는 144개의 위치만이 사용된다.
모든 편축 영상이 획득되고 나면, 물체의 각각에 대한 영상, 즉 물체(A)에 대한 영상(1-8)을 그룹화함으로써 영상은 다시 함께 그룹화될 수 있다. 특정 물체에 대한 모든 8개의 영상은 검사평면에 대하여 동일한 기계적 위치에서 획득되지 않기 때문에, 영상을 함께 병합하도록 영상 정렬 기술이 사용되는 것이 바람직하다. 1픽셀의 정확도내에 영상을 위치결정하는 매우 정확한 X-Y 테이블이 사용된다면, 영상은 간단히 함께 그룹화될 수 있다. X-Y 테이블이 1픽셀 미만의 정확도를 갖는다면, "시야내 기준점(in-view fiducial)"의 사용을 통하여 다양한 영상을 정렬시키거나 또는 인접 경계에서 매칭하는 영상 사이에 충분한 오버랩을 교대로 가질 필요가 있다.
지점의 정방형 배열의 코너는 그리드 또는 정방형의 사이드보다 방사원의 중심으로부터 타겟까지 더 멀기 때문에, 영사 시스템의 중심으로부터 각각의 편축 영상의 중심을 고정 반경으로 유지하는 패턴을 사용하는 것이 더 이롭다. 도 6에는 이러한 요구를 달성하는 육각형 배열의 예가 도시되어 있다. 8개의 편축 영상 대신에, 6개의 편축 영상이 단층영상합성 슬라이스를 생성하도록 사용될 수 있고, 육각형 패턴은 회로기판상에 임의의 시야에서 대칭적으로 위치결정될 수 있다.
검출기(130)는 방출된 X선을 수신하여 X선을 가시광으로 변환하도록 위치결정된다. 검출기의 디지털 출력은 상기한 바와 같은 프로세서(150) 또는 영상 처리 시스템에 제공된다. 이러한 특징은, 기판이 현존 컴포넌트 피치의 광범위한 변동을 갖더라도, 사실상 임의의 기판 타입에 대하여 시야, 해상도, 및 스루풋을 최적화하는 것을 허용한다. 영사 시스템의 이러한 독특한 애플리케이션(즉, 모든 8개의 영상을 동시에 봄)은 검출기가 재위치결정되어야만 할 필요를 제거하고, 따라서, 시스템의 기계적 복잡성을 감소시키고(즉, 갈보노미터 미러 시스템을 제거함), 시스템 신뢰성 및 결과의 반복성을 향상시키고, 전체 시스템 비용을 감소시킨다. 이러한 어프로치는 영상 콜렉션 시스템에 대한 기계적 요구를 단순화하고 동적보다는 정적 영상 트레인 정렬/교정을 허용한다.
대안예에 있어서, 검출기(130)는 예를 들어 렌즈 또는 광섬유 번들을 통하여 CCD 카메라에 의해 보여지는 CsI 결정 검출기일 수 있다. 카메라의 아날로그(또는 디지털) 출력은 비디오 모니터와 같은 디스플레이상에 영상을 포뮬레이팅하도록 영상 정보를 처리하는 영상 처리 시스템 또는 프로세서에 제공된다. 따라서, 고가의 조향식 X선 방사원의 비용이 회피되고 전체 시스템 비용이 낮아진다.
본원발명의 다른 실시예는 디지털 캡처를 위한 베이시스로서 박막 트랜지스터의 위에 코팅한 비정질 셀렌 반도체 X선 흡수기로 이루어진 플랫 패널 검출기를 채용할 수 있다. 그러한 검출기의 하나는 Direct Radiography Corp., Newark, Delaware로부터 입수할 수 있다. 이러한 검출기에 대하여, X선은 전극의 어레이에 의해 콜렉팅되는 전기 전하로 직접 비정질 셀렌에 의해 변환된다. 결과는 비디오 모니터상에 즉시 보여지거나 영상 프로세서로 보내질 수 있는 디지털 영상이다. X선은 전기 전하로 직접 변환되기 때문에, 광스캐터는 회피되고 영상 선명도의 저하는 제거된다.
도 3에는 본원발명의 대안예의 원리를 구체화하는 다른 X선 검사시스템(200)이 도시되어 있다. 시스템(200)은 조향식 X선 방사원(212) 및 검출기(230)를 포함한다. 적합한 조향식 X선 방사원은 Nicolet Imaging Systems, San Diego, California로부터 입수할 수 있는 Model MXT-160CR이다. 이 모델은 10 미크론 스폿 사이즈 및 75mm 조향 직경을 갖는다. 도 1의 시스템에 대하여, 영사될 영역(A, B, 및 C)은 검사평면(220)에 놓인 X-Y 테이블(도시되지 않음)과 같은 서포트상에 놓일 수 있다.
시스템(200)에서 사용된 검출기(230)는 고해상도, X선 고감도인, 플랫 스크린 검출기인 것이 바람직하다. 그러한 검출기의 예는 세슘 요오드화물(CsI) 결정 검출기이다. CsI 검출기는 CsI로 만들어진 플랫 스크린으로 이루어져 있다. 적합한 CsI 결정 검출기는 Hilger Crystals, Margate, Kent, United Kingdom으로부터 입수할 수 있다. CsI 결정 검출기의 총 사이즈는 25mm×25mm 내지 75mm×75mm의 범위를 갖는다. 이들 CsI 결정 검출기에 대하여, 결정내 30 내지 40 linepairs/mm의 해상도가 획득될 수 있다.
X선 방사원(212) 및 검출기(230)는 연속 가변 시야를 허용하는 독립된 수직 구동 메카니즘상에 장착될 수 있다. 수직 구동 메카니즘은 X선 방사원(212)과 영사될 물체 사이의 거리(Z1), 및 영사될 물체와 검출기(230) 사이의 거리(Z2)를 변동시키는데 사용된다. 시스템(200)에 있어서, 거리(Z1)는 대략 0.5˝내지 3.0˝의 범위에 있을 수 있고 거리(Z2)는 대략 0.5˝내지 3.0˝의 범위에 있을 수 있다. 또 다른 대안으로서, 시스템은 수직 구동 메카니즘을 포함하지 않을 수 있고, 방사원(212) 및 검출기(230)는 고정 Z1 및 Z2 거리에 위치결정될 수 있다.
또한, 시스템(200)에는 시스템(100)에서 사용된 것과 유사한 제어 시스템이 제공된다. 시스템(100)에 관하여 상기된 기능에 더하여, 시스템(200)의 제어 시스템은 소망의 관심영역에 전자선을 조향한다.
X선을 편축 조향함으로써, 편축 영상이 검출기(230)상에 투사될 수 있다. 시스템(200)에 있어서, 영상은 순차적으로 획득된다. 예를 들어, 방사원(212)은 위치(1)로부터 물체(A)를 향하여 X선을 투사하여 검출기(230)상의 위치(1)에 물체(A)의 편축 영상을 생성한 후, 방사원(212)은 위치(5)로 이동되어 검출기(230)상의 위치(5)에서 물체(C)의 편축 영상을 획득할 수 있다. X선 방사원(212)은 재 위치결정되고 물체의 부가적 영상이 획득된다. 이것은 이하의 논의로 더 잘 이해될 것이다. 단층영상합성 복원을 위해 더 많은 영상이 요구될 수 있지만, 단순화를 위해, 논의는 4개의 영상만을 언급한다.
도 5에 도시된 관심영역(A)이 검사평면의 중심에 놓이고 X선이 방사원(212)으로부터 투사될 때, 위치(5)에 상응하는 영역(B)의 영상이 획득될 것이고 그 후 위치(3)에 상응하는 영역(D)의 영상이 획득될 것이다. 관심영역(B)이 검사평면의 중심에 놓일 때, 위치(1)에 상응하는 영역(A)의 영상, 그 후, 위치(5)에 상응하는 영역(C)의 영상, 최종적으로, 위치(3)에 상응하는 영역(E)의 영상이 획득될 것이다. 나머지 관심영역이 위치에 놓이고 상응하는 영상이 획득된다.
그 후 검출기(230)의 출력은 CCD 카메라와 같은 카메라에 공급된다. 카메라의 아날로그(또는 디지털) 출력은 디스플레이 또는 비디오 모니터상에 보여질 수 있는 영상을 포뮬레이팅하도록 영상 정보를 처리하는 영상 처리 시스템 또는 프로세서에 제공된다.
시스템(200)에서의 영상은 시스템(100)에서와 같이 동시에라기보다는 순차적으로 획득되기 때문에, 실현된 스루풋 이점은 그만큼 크지는 않다. 그러나, 시스템(200)으로는, 대형 검출기에 의존하지 않고도 더 큰 편축 각도(즉, 25-30도에 비해, 30-35도)가 달성될 수 있다. 대형 검출기의 사용이 회피되기 때문에, 전체 시스템 비용이 더 낮아진다. 또한, 시스템(200)에 있어서는, 검출기(230)상의 모든 픽셀이 각각의 영상을 만들도록 사용됨으로써 더 고해상도(즉, 단위 영역당 더 많은 픽셀)로 된다. PCB 컴포넌트 및 그 피치가 더 작아짐에 따라, 이러한 어프로치 는 CsI 검출기가 제공하는 더 나은 해상도로 인하여 요구될 가능성이 크다.
시스템(100 및 200)의 획득 방법으로 획득된 영상을 영상스티칭하기 위하여, 서포트 예를 들어 X-Y 테이블이 1픽셀의 사이즈보다 덜 정확할 수 있다는 사실이 고려되어야 한다. 예를 들어, 서포트가 3픽셀까지 정확하다면, 그 때, '시야내 기준점'없이, 영상은 +/- 3픽셀보다 더 정확하게 등록될 수 없다. 따라서, 이들 영상은 단층영상합성 복원을 위해 조합될 때 선명하지 못한 단층영상합성 슬라이스를 초래할 것이다. 결과적으로, 각각의 관심영역은 각각의 영상을 적절하게 정렬하도록 사용될 수 있는 하나 이상의 시야내 기준점을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 형상 인식 알고리즘은 4개의 편축 영상의 각각에서 동일한 물체를 독특하게 식별하도록 채용될 수 있다. 그 후 이러한 물체는 영상을 정렬하도록 사용될 수 있고 따라서 서포트의 기계적 부정확성을 제거한다. 이러한 정렬은 영상을 완벽하게 재정렬하도록 X-Y 정렬 및 회전 정렬을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 형상에 따라, 1개, 2개, 또는 3개의 시야내 기준점이 요구될 수 있다.
대안예에 있어서, 선형 광학 인코더는 테이블의 정확도를 1픽셀 미만으로 향상시키기 위해 X-Y 테이블상에 놓일 수 있다. 그러나, 이러한 대안은 전체 시스템 비용을 증가시킬 것이다.
관심영역 전체에 존재할 가능성이 있는 물체의 일 예는 "비아(via)"라 불리는 원형 홀이다. 인쇄회로기판용 CAD 데이터는 각각의 영상내 비아를 초기에 찾아내도록 사용될 수 있다. 그 후 각각의 비아의 위치는 땜납 접합부 및 집적회로와 같은 다른 근처 물체와 비교된다. 각각의 비아는 다른 가능한 가려진 물체로부터의 그 거리에 의해 랭킹된다. 예를 들어, 다른 물체로부터 가장 큰 거리인 비아는 가장 높은 랭크를 할당받는다. 다음에, X선 영상이 획득된다. 그 후 형상 인식 알고리즘은 비아가 신뢰할만하게 위치될 수 있는지를 판정하도록 실행된다. 가장 높은 확률로 위치될 수 있는 비아는 그 인쇄회로기판에 대한 최종 검사 리스트에서 사용된다.
적합한 형상 인식 알고리즘의 예는 비아 또는 다른 시야내 기준점의 각각의 특수한 형상(즉, 원형, 정방형, 삼각형, 다이아몬드, 크로스)에 대한 템플릿을 사용하는 자기상관 기술일 것이다. 이러한 템플릿은 시야내 기준점을 포함하고 있는 X선 영상에서 실제의 관심영역과 비교된다. 상기 영역에서 각각의 위치에 대한 템플릿의 적합성을 포함하고 있는 상관 매트릭스가 생성된다. 상관도가 가장 높은 지점은 템플릿이 기준과 가장 잘 매칭하는 곳이다. 그 후 이러한 시야내 기준점은 다른 편축 영상에서 발견되고, 공통 지점에 편축 영상을 정렬하여 따라서 X-Y 테이블에 의해 야기된 임의의 미소한 위치결정 에러를 제거하도록 순차적으로 사용된다.
대안으로, 신뢰할만한 시야내 기준점이 관심영역내에 위치될 수 없다면, 그 후 영상을 함께 정렬하기 위해 인접 영상 사이의 오버랩에 의존할 수 있다. 예를 들어, 검출기 위치(5)에 상응하는 영역(A)의 영상 및 검출기 위치(5)에 상응하는 영역(B)의 영상의 인접하는 에지는 영상을 함께 정렬하도록 형상 인식 알고리즘을 사용할 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 검사물체에 대한 전체 스캔 시퀀스는 스캔 시간을 최소화하도록 최적화된다. 스캔 최적화에 관한 챌린지는 2개의 사실, 즉 (1)통상 8개의 편축 영상이 "양호한" 단층영상합성 슬라이스를 만들기 위해 요구된다(상기 4개의 영상 대신)는 사실 및 (2)시야가 완벽하게 균일한 패턴상에 배열될 수는 없다는 사실과 관련된다. 따라서, PCB에 대한 시야의 총 수를 최소화하고 외부 에지상의 시야의 수를 최소화하기 위해서, 스캔 패턴의 다중-가변 최적화를 수행하는 것이 바람직하다.
본원발명이 특정 실시예와 관련하여 상기되었지만, 본원발명을 이들 특정 실시예로 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 본원발명의 범위 및 취지내에서 모든 대안, 수정, 및 균등물을 망라하려는 것이다.

Claims (34)

  1. 삭제
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  3. 삭제
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  5. 복수의 관심영역의 편축 X선 영상을 얻기 위한 장치에 있어서,
    방사선을 생성하는 방사원;
    복수의 관심영역 중 하나 이상의 서브세트를 지지하는 지지면; 및
    복수의 관심영역 중 상기 서브세트를 관통한 방사선의 일부를 동시에 수신하도록 위치된 X선 검출기를 포함하고,
    상기 X선 검출기는 상기 수신된 방사선의 일부로부터 복수의 불연속 영상을 생성하고, 상기 복수의 불연속 영상의 각각은 상기 서브세트 내의 하나의 관심영역에 해당되고,
    상기 방사원, 지지면, 및 검출기 중 하나 이상은 이동할 수 있어서 상기 관심영역을 방사선 내에 위치시킬 수 있고,
    상기 검출기는 비정질 실리콘 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 검출기는 세슘 요오드화물의 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 복수의 관심영역의 편축 X선 영상을 얻기 위한 장치에 있어서,
    방사선을 생성하는 방사원;
    복수의 관심영역 중 하나 이상의 서브세트를 지지하는 지지면; 및
    복수의 관심영역 중 상기 서브세트를 관통한 방사선의 일부를 동시에 수신하도록 위치된 X선 검출기를 포함하고,
    상기 X선 검출기는 상기 수신된 방사선의 일부로부터 복수의 불연속 영상을 생성하고, 상기 복수의 불연속 영상의 각각은 상기 서브세트 내의 하나의 관심영역에 해당되고,
    상기 방사원, 지지면, 및 검출기 중 하나 이상은 이동할 수 있어서 상기 관심영역을 방사선 내에 위치시킬 수 있고,
    상기 검출기는 세슘 요오드화물 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 검출기는 광영상을 CCD 카메라에 제공하기 위한 렌즈 또는 광섬유 번들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, CCD 카메라의 출력은 관심영역의 영상으로 처리하기 위한 프로세서에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
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  19. 복수의 관심영역의 편축 X선 영상을 얻기 위한 장치에 있어서,
    방사선을 생성하는 비조향식 방사원;
    복수의 관심영역 중 하나 이상의 서브세트를 지지하기 위한 지지면; 및
    상기 서브세트를 관통하는 방사선의 일부를 수신하여 서브세트 내의 각각의 관심영역에 대한 영상의 전자적 표현을 동시에 생성하도록 위치된 검출기를 포함하고,
    방사원, 지지면, 및 검출기 중 하나 이상은 이동할 수 있어서 상기 관심영역을 방사선 내에 위치시킬 수 있고,
    상기 지지면은 X-Y 테이블을 포함하고,
    상기 지지면은 X-Y 테이블에 연결된 인코더를 더 포함하고, 상기 인코더는 별개의 영상을 올바르게 조합하도록 요구되는 위치적 정확도를 X-Y 테이블에 제공하고,
    테이블의 위치결정 정확도는 약 +/- 2픽셀보다 더 나은 것을 특징으로 하는 장치.
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  29. 검사물체의 편축 X선 영상을 얻기 위한 장치에 있어서,
    검사평면에 수직인 수직축에 직교하는 수평 경로를 따라 위치하며, 상기 수직축으로부터 일정한 각도를 이루며 위치하는 각각의 지점에서 조향식 전자선을 생성하기 위한 X선 방사원; 및
    상기 각각의 지점으로부터 검사물체에 대한 2개 이상의 관심영역을 투과하는 X선을 수신하여 상기 관심영역에 해당하는 획득된 편축 영상의 전자적 표현을 생성하도록 위치결정된 고해상도 검출기;를 포함하고,
    상기 검출기는 세슘 요오드화물로 만들어진 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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