利用3D Xray，檢測PCBA/鋰電池/塑膠製品等大樣品的內部異常點

發佈日期：2019/5/14
發佈單位：iST宜特

我有一些非IC類or非金屬成份的產品想要觀察內部結構
(Internal structure)及缺陷(Defect)請問3D X-ray做得到嗎?

3D X-ray檢測試驗，對於時常收看宜特小學堂的各位並不陌生，它是一種可以不破壞樣品的前提下做檢測，樣品以3D立體樣貌 (3D image)呈現再以斷層影像(CT Slice image)精確剖析找出內部結構、原材或組裝各種異常。

以往，宜特小學堂討論的，多是如何檢測IC或金屬類相關的成品(延伸閱讀: IC 封裝回來，電性測試卻異常，如何釐清問題點？)，不過3D X-ray能夠檢測的產品除了一般IC，亦包括3D IC(延伸閱讀: 3D 元件失效，用這三步驟，defect 立馬現形)、MEMS，甚至到PCB、PCBA、鋰電池/塑膠製品、系統成品，都不用破壞分割進行檢測，滿足您的需求。(延伸閱讀: 什麼時機點，適合用3D X-ray找Defect?)

因此，本月小學堂，我們就要來探討，如何利用3D X-ray檢測IC以外及PCBA的樣品。

速讀3D X-ray原理

以非破壞性 X-ray透視的技術，再搭配光學物鏡提高放大倍率進行實驗檢測，其實驗過程是將待測物體固定後進行360°旋轉，在這過程中收集各個不同角度的2D穿透影像，之後利用電腦運算重構出待測物體影像。

案例一: 利用3D X-ray檢測鋰電池內部異常

3D X-ray可在不破壞產品並且清楚觀察到電池內部的異常。常見的鋰電池設計包含正極板、負極板、電解液及隔離膜。組裝方式是先將正負極板與隔離膜疊放或繞捲於罐體中，再注入電解液。隔離膜主要的功能為避免兩極接觸並確保離子可以在其中傳遞。雖然隔離膜與電化學反應沒有關係，但結構及性質均會影響到鋰電池的效能。藉由3D X-ray的檢測，本案例觀察到鋰電池(參見圖一、圖二)極板產生裂縫(Crack)並且有發現異物(Particle)。

圖一:電池內部正負極板彎曲導致裂縫(Crack)，並且在極板與隔離膜之間發現異物存在(Particle)。

圖二:電池內部3D影像，內部發現極板產生裂縫(Crack)且發現異物(Particle)。
案例二: 利用3D X-ray觀察工程塑膠製品內部結構

工程塑膠(Engineering Plastics)泛指為機械工程材料所使用作為機械結構的塑膠(如PC、PMMA、ABS、POM、PBT、TPU……等)，本案例為醫療用精密塑膠射出成型產品，為符合醫療高溫殺菌且不會變形的需求,故選用耐高溫、尺寸穩定性較高的PSU，藉由3D X-ray，觀察出塑膠成品內部結構及裂縫(Crack)、空洞(Voids)等缺陷(參見圖三、圖四)。

圖三(左)、圖四(右): 醫療級塑膠產品需特別要求尺寸的精密度，而3D X-ray可以觀察其內部結構及機構精密度，從圖三我們可觀察噴嘴是否異常並量測其口徑。而圖四我們可利用3D模型觀察結構。
案例三: 利用3D X-ray觀察消費類電子裝置光學鏡頭內部結構

目前消費型電子產品搭載的光學鏡頭(Optical Lens)大致分為玻璃(Glass)鏡片與塑膠(PC、PMMA)鏡片兩種材質，每顆光學鏡頭依設計約有5~6片鏡片組成，從初期光學設計、模具的精準度到鏡頭的組裝，每個環節都很重要，組裝時每個鏡片有無傾斜、光軸心對焦是否精準，以符合設定的MTF(調制轉換函數)。模組廠在組裝過程由於技術門檻及複雜度甚高，稍有不慎將導致良率降低。為此廠商須在組裝過程中，進行內部結構觀察，本案例為利用3D X-ray，在鏡頭組裝完成後，輕易的觀察到內部鏡片結構。從圖五可觀察各鏡片與鏡群之間組裝過程是否有瑕疵。

圖五光學鏡頭內部由5片鏡片組成，組裝過程需確認每個鏡片之間有無傾斜，光軸是否精準。
3D影像可清楚觀察內部結構。
案例四: 利用3D X-ray觀察PCBA內部異常?

PCB(Printed Circuit Board )線路板產業不斷增長，各種家用電器對於在材料、層數、精密度與BLR(Board Level Reliability)等的要求也越來越高。藉由3D X-ray可以觀察PCBA(Printed Circuit Board Assembly)、內部埋孔開路(BVH open)、裂縫(Crack)、異物(Particle)與燒毀(Burn out)等缺陷。從圖六-圖八，藉由3D X-ray，發現PCBA內BVH斷開及trace燒毀現象。

圖六(左)、圖七(中)、圖八(右): PCBA(Printed Circuit Board Assembly)及載板(Substrate)製程中產生的缺陷，如﹕埋孔、盲埋孔異常(圖六、圖七)、線路製程不良、燒毀(圖八)、橋接、開路、爆板、多層板各層線路配置分析等皆可使用3D X-ray觀察。
案例五:最大到多少size的樣品，可以利用3D X-ray觀察?

宜特近期與德國YXLON公司合作，藉由其YXLON FF35 3D CT X-ray設備，可執行大樣品(30*50cm)及高能量(Max. 225kV/280W)掃描(參見圖九、圖十)。

圖九-圖十: 為電腦主機板3D X-ray影像，尺寸約為22*30cm，FF35 3D CT X-ray可將大範圍樣品一次拍入，並且在高低密度差異下仍可獲得較佳影像。