3D X-RAY详细介绍

3D x-ray(Advanced eXtensible Interface)是一种总线协议,该协议是ARM公司提出的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)3.0协议中最重要的部分,是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。它的地址/控制和数据相位是分离的,支持不对齐的数据传输,同时在突发传输中,只需要首地址,同时分离的读写数据通道、并支持显著传输访问和乱序访问,并更加容易就行时序收敛。
3D x-ray(Automated X-Ray Inspection),自动x-ray射线检测,AOI光学检测系统的一种。

在线3D x-ray(AXI)测试技术
在线 3D x-ray是近几年才兴起的一种新型测试技术。当组装好的线路板(PCBA)沿导轨进入机器内部后,位于线路板上方有一X-Ray发射管,其发射的X射线穿过线路板后被置于下方的探测器(一般为摄象机)接受,由于焊点中含有可以大量吸收X射线的铅,因此与穿过玻璃纤维、铜、硅等其它材料的X射线相比,照射在焊点上的X射线被大量吸收,而呈黑点产生良好图像,使得对焊点的分析变得相当直观,故简单的图像分析算法便可自动且可靠地检验焊点缺陷。

在线3D x-ray技术已从以往的2D检验法发展到目前的3D检验法。前者为透射X射线检验法,对于单面板上的元件焊点可产生清晰的视像,但对于目前广泛使用的双面贴装线路板,效果就会很差,会使两面焊点的视像重叠而极难分辨。而3D检验法采用分层技术,即将光束聚焦到任何一层并将相应图像投射到一高速旋转的接受面上,由于接受面高速旋转使位于焦点处的图像非常清晰,而其它层上的图像则被消除,故3D检验法可对线路板两面的焊点独立成像。

在线3DX-Ray技术除了可以检验双面贴装线路板外,还可对那些不可见焊点如BGA等进行多层图象“切片”检测,即对BGA焊接连接处的顶部、中部和底部进行彻底检验。同时利用此方法还可测通孔(PTH)焊点,检查通孔中焊料是否充实,从而极大地提高焊点连接质量。
ICT测试是目前生产过程中最常用的测试方法,其具有较强的故障能力和较快的测试速度等优点。该技术对于批量大,产品定型的厂家而言,是非常方便、快捷的。但是,对于批量不大,产品多种多样的用户而言,需要经常更换针床,因此不太适合。同时由于目前线路板越来越复杂,传统的电路接触式测试受到了受到了极大限制,通过ICT测试和功能测试很难诊断出缺陷。随着大多数复杂线路板的密度不断增大,传统的测试手段只能不断增加在线测试仪的测试接点数。

然而随着接点数的增多,测试编程和针床夹具的成本也呈指数倍上升。开发测试程序和夹具通常需要几个星期的时间,更复杂的线路板可能还要一个多月。另外,增加ICT接点数量会导致ICT测试出错和重测次数的增多。AOI技术则不存在上述问题,它不需要针床,在计算机程序驱动下,摄像头分区域自动扫描PCB,采集图像,测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较,经过图像处理,检查出PCB上缺陷。极短的测试程序开发时间和灵活性是AOI最大的优点。AOI除了能检查出目检无法查出的缺陷外,AOI还能把生产过程中各工序的工作质量以及出现缺陷的类型等情况收集,反馈回来,供工艺控制人员分析和管理。但AOI系统也存在不足,如不能检测电路错误,同时对不可见焊点的检测也无能为力。并且经过我们的调研,我们发现AOI测试技术在实际应用过程中会会存在一些问题:
1)AOI对测试条件要求较高,例如当PCB有翘曲,可能会由于聚焦发生变化导致测试故障,而如果将测试条件放宽,又达不到测试目的。

2) AOI靠识别元件外形或文字等来判断元件是否贴错等,若元件类型经常发生变化(如由不同公司提供的元件),这样需要经常更改元件库参数,否则将会导致误判。
3D x-ray技术是目前一种相对比较成熟的测试技术,其对工艺缺陷的覆盖率很高,通常达97%以上。而工艺缺陷一般要占总缺陷的80%—90%,并可对不可见焊点进行检查,但3D x-ray技术不能测试电路电气性能方面的缺陷和故障。尽管如此,3D x-ray技术在电子通讯行业中的应用前景令人看好,例如上海贝尔、青岛郎讯等都已采用了这一新技术。

从目前应用情况来看,采用两种或以上技术相结合的测试策略正成为发展趋势。因为每一种技术都补偿另一技术的缺点:从将在线3D x-ray技术和ICT技术结合起来测试的情况来看,一方面,X射线主要集中在焊点的质量。它可确认元件是否存在,但不能确认元件是否正确,方向和数值是否正确。另一方面,在线ICT可决定元件的方向和数值但不能决定焊接点是否可接受,特别是焊点在封装体底部的元件,如BGA、CSP等。需要特别指出的是随着3D X-RAY技术的发展,目前3D X-RAY系统和ICT系统可以“互相对话”,这种被称为“AwareTest”的技术能消除两者之间的重复测试部分。通过减小ICT/在线3D X-RAY多余的测试覆盖面可大大减小ICT的接点数量。这种简化的ICT测试只需原来测试接点数的30%就可以保持目前的高测试覆盖范围,而减少ICT测试接点数可缩短ICT测试时间、加快ICT编程并降低ICT夹具和编程费用。在过去的两三年里,采用组合测试技术,特别是在线3D X-RAY/ICT组合测试复杂线路板的情况出现了惊人的增长,而且增长速度还在加快,因为有更多的行业领先生产厂家意识到了这项技术的优点并将其投入使用。



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