器件X射线检查原理

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X射线是一种波长极短（0.001nm~10nm）、频率很高（30PHz~30EHz）的电磁波（图1所示）。

工业上应用的X射线波长约在0.012nm~0.005nm之间，穿透管电压为100kV~250kV。X射线穿透物质的能力与射线光子能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强；同时也与物质的密度及厚度有关（如图2所示），同一强度的X射线穿透物质时，密度及厚度大吸收多，穿透少，颜色黑；密度及厚度小则吸收少，穿透多，颜色白。所以，当X射线穿透过被检测物体时，物体中有缺陷的部位（如空洞、裂纹等）与无缺陷部位对X射线的吸收能力不同，通常是穿透过有缺陷部位的X射线强度高于无缺陷部位的X射线强度，所以可以通过检测透过被检物体后射线强度的差异，来判断被检物体中是否存在缺陷。

      

1X射线常见产生原理

有多种方式可以产生X射线，目前最常用的方式是通过高速运动的电子流轰击金属靶来获得X射线，也是大多数X射线设备的基本原理。X射线由具有阴极和阳极的真空石英管构成，其内部典型形貌如图3所示。

X射线管阴极，通电加热到高温后，钨灯丝内部电子将逸出并形成电子云，在阳极和阴极之间的电压差的作用下，向阳极靶（如钨、钼）运动，电子云被聚焦线圈聚焦，形成高速运动的电子束，电子束在高电压作用下轰击阳极金属靶，产生电子能量。但绝大部分的能量（约99%）将转化为热能并通过阳极损失，而只有极少部分的能量转化为X射线，产生效率较低。另外产生X射线的同时，将释放出大量的热能，所以通常在阳极金属靶上安装热沉进行散热，避免焦点出现散焦情况。

2X射线衰减规律

X射线强度的衰减，分为距离与物质两种所致的衰减。距离引起的衰减，是指从X射线管焦点发出的X射线向空间四周辐射时，X射线强度的衰减与距离的平方成反比；而物质引起的衰减，是指X射线穿过物质时，由于X射线光子与构成物质发生光电效应和康普顿效应，由于散射（康普顿效应）和吸收（光电效应）的作用导致X射线强度衰减。

当强度为I的X射线，穿透厚度为dx的物质时发生相互作用后（如图4所示），强度将会降低，减少量-dI正比于物质厚度dx与能量强度I的乘积，若μ

为X射线通过单位厚度时的衰减系数，则有：

X射线经过物质后的衰减是由吸收和散射组成，所以系数μ是这两部分之和。但由于散射而引起的衰减远小于吸收引起的衰减，所以通常称μ为线吸收系数，而忽略散射的部分。另外，吸收系数也随X射线能量增加而下降，因为X射线能量越高，其穿透性越强。

3X射线检查微电子器件的应用限制

目前微电子器件中，通常用金、铜及铝三种材料作为键合互联。但经常会发现铝材料的键合引线，在进行X射线检查时较难观察得到，尤其是小线径的铝键合引线更是如此，这是因为低原子量的物质吸收X射线的能力有限。根据元素周期表可知，硅（14号元素）之前的元素几乎不吸收X射线能量，所以铝（13号

元素）也是极低吸收X射线能量，导致X射线穿透过多，图像发白难以观察。而重金属吸收能量较强，金（79号元素）元素比铜（29号元素）密度高，X射线吸收能力较强，所以金键合引线的X射线图像较铜键合引线黑白对比度较高，容易观察形貌，典型三种的材料X射线检查图像见图5~图7所示。

另外，由于目前X射线检测设备的强度感应器制造技术限制，当两个部位的X射线强度小于2%时（如缺陷很小时），X射线照片成像相同。

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