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基于微焦点X射线BGA焊点缺陷检测

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-07-27  来源:中国电子科技集团公司第三十八研究所  作者:郑磊  浏览次数:1351
核心提示:BGA封装为一类崭新高级集成芯片的封装科学技术,广泛拓展到体积庞大集成电路制作当中,但是它的贴装焊点缺陷会对整个封装器件的性能造成影响。
        摘要:BGA封装为一类集成较高封装办法,它的焊点缺陷可能对封装器性能构成影响。为了缓解全局阙值的分割,边缘检测法给BGA焊点缺陷的检测带来较高错误检测率等问题,本文结合Otsu阙值分割,边界跟踪以及轮廓提取等方法对焊点轮廓进行提取,结合灰度形态理论等进行顶帽操作,借用直方图引申等焊点的气泡轮廓进行提取。凭借对BGA焊点缺陷的类型与特征进行分析,从而提取气泡轮廓,焊点轮廓灯特性参数焊点检测和分类算法进行评估。实验结果证实该核算方法同全局阙值,Canny算子焊点缺陷的检测准确率比较高,可以很明确实现对焊点缺陷的分类。
 
        关键词:微焦点X射线 ;BGA封装 ;焊点缺陷
 
        一、前言
 
        BGA封装为一类崭新高级集成芯片的封装科学技术,广泛拓展到体积庞大集成电路制作当中,但是它的贴装焊点缺陷会对整个封装器件的性能造成影响。现如今,常用焊点缺陷的检测方法基本可分为目测、飞针和X射线。目测方法为最不准确的一类判别方法可以对其气泡率合格情况进行检测,容易因主观判断失误而对检测构成影响;飞针电子检测误判效率比较高,效果达不到人们生产所需。且由于焊点缺陷尺寸较小,基于此,工业方面常引用微焦点X射线给BGA封装器件的焊点缺陷做监测。
        二、BGA检测的图像处理法
 
        本文图像结合我国某家公司微焦点X-ray系统采集图像,我们将它的电压电流定为90kV/25μA,分辨率可达5μm。检测方法当中所遇困难主要包含:气泡和焊点灰度不存在明显差异,对比度比较弱,PCB板过孔会给焊点检测带来一定影响,X射线采集图像存在较强高斯噪声。检测算法主要是针对的困难是:焊点内有多个气泡、气泡与背景的灰度对比度低、焊点内存在其他的干扰等不明显差异对探测到的X射线强度的影像,这些会带来较强的高斯噪声。将收集的射线图像进行强高斯噪声图像滤波是目前常用的解决途径。图像滤波方法主要包括空间域滤波和频率域滤波[1]。由于空间域中值滤波器的理论相对成熟,过滤高斯噪声效果显著,保留图像边缘信息,为后续的测试提供方便。而基于频域的高斯滤波方法,高斯函数的傅里叶变换仍然是一个高斯函数,具有很好的平滑效果。因此,首先采用高斯滤波器,然后采用中值滤波,从而实现对高斯噪声好的抑制作用。
 
        焊点和背景形成一定的灰度差异,焊点主要集中在灰度值低的区域,背景集中在灰度值较高的区域。由于手动阈值分割容易受主观因素的影响,会产生误差,因此需通过阈值分割得到的二值化图像。轮廓提取的二值化图像处理的具体方法为,对于一幅背景为白色、目标位黑色的二值图像,如果在图中找到一黑色点,且它的8领域点也均为黑色,说明该点包含内部目标的意义,将其设定为白色 ;否则保持黑色。由此得出目标轮廓的灰度值,确定一个焊点边界点。通过研究图像的边界跟踪、扫描图像,从焊点边界点,根据连接的其他像素搜索焊点的流程,完成焊点轮廓扫描,并建立一个动态链表,边界点可以结合其他焊接[2]。此外,焊点内气泡的提取也可以采用相同的方法 :根据外部组矩形区域的焊点轮廓剪影个别焊点,单点气泡和背景灰度存在某种程度上的差异,另外气泡同时成圆形。因此,可以提出了灰度形态学操作上流社会的净化不均匀背景,使用直方图拉伸,图像增强和图像阈值分割和分析,根据气泡轮廓进行特征提取。
 
        三、对缺陷的识别
 
        微焦点X射线是目前常用的无损检测方法,在成像几何清晰度,放大比,散射线衰减和细节识别灵敏度方面有很大优势,在实时成像检测及工业射线检测领域有着广泛的应用,是电子行业检测的重要手段[3]。利用高分辨率微焦点X射线对BGA焊点缺陷进行自动检测,需首先明确缺陷种类。BGA焊点的缺陷主要包含:焊点偏移,焊点缺失,焊点气泡,连桥,开焊以及焊点偏大等[3]。焊接缺陷主要包括焊接部分开放甚至焊料失踪、焊锡桥点气泡迁移等。焊点缺陷检测的一个重要部分是保证焊接产品检验。人工识别作为一种传统的识别方法,识别水平受到人为因素的影响,导致不一致的缺陷分类判别结果存在差异。改善焊点的缺陷检测的水平,并进一步提高产品质量和生产效率,需要提高产品的自动检测。因此 , 我们在这里先获得焊点的特征参数,根据不同的特征焊点缺陷的焊接缺陷的自动分类。
目前可查到 X 射线法采用全局阈值分割实现了的焊点检测用全局阈值分割作为预处理。通过模板匹配完成焊点缺陷检测,通过焊点几何信息与迭代计算获取最优分割阈值完成焊点自动提取,并采用轮廓提取算子实现气泡检测。焊点特征参数计算:主要功能焊点区域、环缝焊接气泡的焊点焊缝中心坐标平均灰度,焊点圆度等特点。没有气泡缺陷允许大小的国家有关规定或行业标准,所以一般是按照验收标准,规定的判别标准焊层比不得大于焊点区域的气泡面积,气泡的直径不能超过焊点的直径。当焊料层气泡覆盖超过焊接区域,就属于一个缺陷。这个时候存在气泡的焊点就可能导致机械可靠性或电气性能问题。焊点迁移是依据国际标准,将理论和实际的中心距作为偏移量作为参考,通过扫描整个列每个联合中心位置来判定,如果在一定的范围内没有收集到焊接的焊点图像,即使桥焊点区域远远大于正常焊接区域,焊点圆度大偏距,也可以确定焊点缺陷存在。焊锡焊接,主要特点是焊锡球内部具有更高的平均灰度值。因此以焊点的面积、焊点的平均灰度作为判断标准。焊接接头变形、焊点表面粗糙度和背景这些缺陷,采用焊点的圆度测量,分别测量焊点之间的最大距离、最大偏移量等信息。
        四、结语
 
        综上所述,本文由焊点检测的核算方法可以实现 BGA 焊点的轮廓提取,同一时间可以将存在对比度差异的气泡轮廓提取出来。用焊点缺陷的识别法可以完成BGA 焊点缺陷的分类处理,因此对于缺陷检测工业上常采用这样的方法。
 
        【参考文献】
 
        [1] 刘伟,韩震宇.基于2D投影的BGA焊点X射线检测缺陷图像处理方法[J].无损检测,2009,06:456-459.
 
        [2] 武锦辉,闫晓燕,王高,基于无损检测的高分辨率PCB板焊点缺陷检测系统[J].仪表技术与传感器,2013,06:90-92.
 
        [3] 杜宣燕,潘玉田,刘智超,马昀.基于图像采集卡的高分辨率X射线检测系统设计[J].传感器与微系统,2011,06:106-108+111.
 
        [4] 田欣利,王健全,但伟,杨俊飞,郭昉,张保国.工程陶瓷微缺陷无损检测技术的研究进展[J]. 中国机械工程,2010,21:2639-2645.
 
 
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