速度至上：提升先进电子产品中的X射线检测速度

2026年10月28日

随着电子产品功能越来越强大，封装技术越来越复杂，制造商面临着在不降低产品性能的前提下检测出越来越小缺陷的挑战。产能光学检测方法无法揭示高功率电子器件、芯片组、HBM、玻璃通孔 (TGV) 和先进 3D 封装中隐藏的结构。X 射线检测和自动 X 射线检测 (AXI) 可以提供所需的可见性，但分辨率更高，且穿透能力传统上，速度的提升是以牺牲性能为代价的。近年来，微型和微型计算机技术的进步改变了这一现状。纳米焦点 X射线源技术正通过提供更高的光子通量、更高的对比噪声比和更快的成像速度来克服这一权衡。本文将回顾高功率电子学和先进封装技术在以下领域的进展：高功率电子学需要更高的电压和功率才能穿透致密结构，同时保持微米级成像；先进封装技术则将垂直集成带来的日益复杂的结构与亚微米分辨率相结合。我们将重点介绍如何提高X射线源技术的性能。产能在保持可靠缺陷检测的同时，可以实现这一目标。

方法论

检查产能成像效果取决于整个成像链，包括X射线源、探测器、样品几何形状、系统稳定性、放大倍率和图像处理软件。为了排除X射线源的影响，本研究在保持其他检测参数不变的情况下，比较了不同的X射线源技术。使用这两种技术对商用电子产品样品和标准化测试结构进行了检测。微焦点和纳米焦点由以下机构提供的X射线源Comet X射线。采用二维成像技术，在90至160 kV的电压范围内对高功率电子设备进行评估，以考察更高的源电压对其性能的影响。穿透能力对比度和检测速度。对于先进封装应用，在类似的电压范围内使用高分辨率测量。纳米焦点光源和高倍放大。

结果与讨论

高功率电子设备

密封型微焦点本文利用该光源评估了高电压运行对高密度电子组件（包括用于电动汽车牵引逆变器的IGBT模块）的影响。上图显示了相关图像。在90 kV电压下，冷却针翅无法被充分穿透，因此无法检测到空洞；而在130 kV和160 kV电压下，空洞变得清晰可见，且在高电压下对比度显著提高。下表总结了对比度值。对比度的提高直接转化为曝光时间的缩短，同时保持了缺陷的可检测性，从而显著提高了检测效率。产能虽然更高的电压可能会进一步改善……穿透能力此外，它们还会增加屏蔽要求、光源重量、集成复杂性和系统总成本。这些结果表明，更高的光源电压可以显著提高图像质量和产能特别是对于较厚的样品而言近线以及在线检测环境。

检查地点	90千伏	130 千伏	160 kV
大型空洞中心	0%	22%	33%
小空隙中心	0%	10%	25%

先进包装

先进封装技术需要检测极其微小的特征，缺陷尺寸通常小至 0.5 µm。例如，GPU 中高带宽内存 (HBM) 堆叠通过 TSV 连接到 C2 和 C4 凸点层上（见下图）。图中可以清晰地识别出 100 µm C4 凸点和 20 µm HBM 凸点中的空隙。传统的纳米聚焦光源虽然分辨率足够，但受限于低剂量率，导致扫描时间过长，尤其是在进行 3D 检测时。Fyne NF4 在 400nm 分辨率下可提供高达四倍的可用 X 射线剂量，而 NF12 在 1.1 µm 分辨率下可提供高达十倍的剂量，显著提升了检测效率。产能因此，选择与实际缺陷尺寸相匹配的分辨率对于高效检测至关重要。

对检测速度的终身贡献

维护是检查的关键因素。产能由于服务中断会降低系统可用性，因此开放式纳米聚焦光源的运行时间往往受限于发射器寿命，因为灯丝在运行几百小时后就必须更换。相比之下，Fyne 纳米光源在连续运行超过 2600 小时后（相当于每天运行 8 小时，持续约 11 个月）分辨率未出现明显下降。这大大减少了维护需求、停机时间和操作人员干预。此外，该光源的靶材可以保持在同一位置运行至少两倍于发射器寿命的时间，从而无需在正常维护周期内进行重新调整。对于密封式光源，寿命和可靠性对于检测效率同样重要。金属陶瓷管优异的热稳定性降低了管材故障率，延长了使用寿命。

商业影响：周期时间，正常运行时间以及成本

X射线源的技术优势只有在不影响节拍时间的前提下提高检测速度或可靠性时，才能创造商业价值。在高功率电子领域，更高的电压和功率可以减少金属阴影区域的假阴性率，并缩短检测时间。对于先进封装，在亚微米分辨率下提高剂量有助于最大限度地减少高分辨率3D检测的扫描时间开销。检测经济性不仅取决于图像质量，还取决于采集时间、设备可用性和维护需求。更高的剂量率可以显著缩短3D扫描时间，而更长的维护周期则可以改善系统性能。正常运行时间反之，过高的电压或不必要的高分辨率会增加屏蔽要求、检测时间和总体成本。因此，最有效的解决方案是针对具体应用而设计的，并且必须在技术性能和经济效益之间取得平衡。

结论

电子器件日趋复杂，缺陷检测也因此面临更大的挑战。
X射线检测可以发现光学方法无法检测到的隐藏缺陷。
纳米焦点 X射线源可以提高图像质量和检测速度。
更高的电压可以在保持可检测性的同时缩短检测时间。
优化后的X射线系统增加产能产量和正常运行时间

克里斯·尼科尔森

Chris Nicholson是产品经理微焦点和纳米焦点 X射线源Comet X射线。他的职责包括开发和战略管理用于电子制造、半导体检测和电池应用的X射线源技术。

加入前Comet 2023年，克里斯托弗·尼科尔森(Christopher Nicholson)从事X射线相关工作，曾涉足学术研究和工业仪器领域。他于马克斯·普朗克研究所和柏林自由大学获得物理学博士学位，其研究方向为金属-半导体界面激光诱导相变。如今，他的工作重点是推进用于高分辨率检测的X射线源技术，并协助客户应对电子和半导体制造领域不断涌现的新挑战。

检查速度更快，效率更高。