На многих предприятиях электронной промышленности рентгеновские установки успешно используются для эффективного контроля качества паяных соединений, печатных плат, внутреннего состояния компонентов. При этом кажущаяся простота трактовки снимков в некоторых случаях может привести к принятию неправильного решения о качестве контролируемого объекта. В данной статье силами специалистов Консультационно-технологического центра Предприятия Остек дан ответ на часто задаваемый вопрос по интерпретации рентгеновских снимков металлизированных отверстий печатных плат.
Рассмотрим типовой пример: контроль металлизированных отверстий в печатных платах. На рисунке 1 показан рентгеновский снимок участка печатной платы с двумя переходными отверстиями. На первый взгляд кажется, что между этими двумя отверстиями нет ничего общего: отверстие 1 выглядит удовлетворительно (конечно, несовмещение слоев есть, но гарантийный поясок присутствует), а отверстие 2 будто бы просверлено под углом.
 |
|
Рис. 1. Рентгеновский снимок участка печатной платы с двумя переходными отверстиями (чем темнее изображение, тем сильнее объект поглощает излучение). Плата расположена параллельно плоскости детектора установки рентгеновского контроля |
Однако, если, не меняя увеличения, не вращая и не наклоняя плату, переместить ее так, чтобы отверстие 2 оказалось по центру изображения, мы увидим, что отверстия 1 и 2 поменяются ролями: отверстие 1 будет выглядеть, как отверстие 2, и наоборот.
Почему так происходит? Дело в том, что установка рентгеновского контроля работает как проекционный микроскоп: рентгеновское излучение, прошедшее через исследуемый объект, попадает на детектор. В частности, это приводит к тому, что высокие объекты с небольшим диаметром, расположенные вертикально (например, отверстие, показанное на рисунке 2), будут выглядеть искаженно на изображениях.
 |
|
Рис. 2. Упрощенная схема получения рентгеновского изображения отверстия в плате (для наглядности рисунок выполнен не в масштабе) |
Попробуем вывести простую формулу для оценки геометрических искажений. Для этого воспользуемся упрощенной схемой получения рентгеновского изображения отверстия в плате (см. рис. 2). При построении данной схемы, а также в дальнейших рассуждениях примем следующие допущения:
– исследуемая плата расположена параллельно плоскости детектора;
– источник излучения точечный.
Для дальнейших расчетов примем на рисунке 2 следующие обозначения:
– H — расстояние от источника излучения до детектора;
– h — расстояние от источника излучения до объекта;
– t — толщина платы;
– l — расстояние от прямой, соединяющей источник с центром детектора, до оси отверстия;
– r — радиус отверстия;
– d — диагональ детектора.
Итак, исходные данные: H, h, t, l, r.
Искомая величина: e — относительное несовмещение проекций верхней и нижней части заданного отверстия (в % от среднего диаметра заданного отверстия):
, (1)
где xB’, xF’, xD’, xC’ — абсциссы точек B’, F’, D’ и C’ соответственно.
Исходя из подобия треугольников ZOB и ZO’B’, найдем xB’:
. (2)
Исходя из подобия треугольников ZOF и ZO’F’, найдем xF’:
. (3)
Исходя из подобия треугольников ZOD и ZO’D’ и треугольников ZOC и ZO’C’ найдем разность xD’ и xC’:
(4)
Подставив (2)—(4) в (1) и упростив, получим следующую формулу для расчета e:
. (5)
Для большей простоты расчета выражение (5) можно переписать, сократив (h+t/2) и (h+t):
. (6)
Перепишем выражение (5) в виде, удобном для расчета максимального относительного рассовмещения emax, т.е. рассовмещения, когда изображение проецируется в угол детектора:
. (7)
Для большей простоты расчета выражение (7) можно переписать, сократив (h+t/2) и (h+t):
. (8)
По формуле (8) рассчитаем зависимость максимального относительного рассовмещения от диаметра отверстия при различной толщине плат при рентгеновском контроле на установке с диагональю детектора 101,6 мм и расстоянинием от источника до детектора 650 мм (см. рис. 3).По приведенным формулам и расчетам можно сделать следующие выводы:
– максимальное относительное несовмещение прямо пропорционально отношению диаметра отверстия к толщине платы и при соотношении 1:10 примерно равно 80%, 1:5 — 40%;
– относительное несовмещение будет минимально, если располагать отверстие в центре изображения.
 |
|
Рис. 3. Зависимость максимального относительного рассовмещения от диаметра отверстия при различной толщине плат |