X射线在封装中的应用

文章来源：学习那些事

原文作者：前路漫漫

X射线照相是非破坏性检测封装缺陷的关键手段，可精准识别密封工艺中的空洞、引线异常及多余物等内部问题。基于密度与厚度差异成像，结合标准中密封宽度≥75%设计要求等判据，保障高可靠性器件的封装质量。

X射线在封装中的应用

X射线照相是采用非破坏性方法检测封装内缺陷的有效手段，尤其适用于检测密封工艺引发的缺陷及内部缺陷，如多余物、内引线连接错误、芯片附着材料中的空洞，以及玻璃密封时玻璃内部的空洞等。通过X射线照相，可对芯片粘接区的空洞、键合引线（不包括铝丝）形状等进行精准检查。对于高可靠性陶瓷气密封装器件，X射线照相还可用于检查密封工艺中的各类缺陷，图1给出了密封区域X射线检查的结果。

相关标准明确了X射线照相检查的方法、判据及要求，其中规定，无论何种类型的器件，若整体封盖密封不连续，或密封宽度未达到设计密封宽度的75%，均应予以拒收。最终密封过程中产生的喷溅，若能确认其连续、均匀且附着于母体材料，且不呈现球斑点或泪滴形状，则不视为外来物。

有关密封宽度不合格的情况，存在3种典型情形（见图2）：1) 管壳腔体内、外边缘位置存在空洞，导致密封宽度A不足设计密封宽度W的25%；2) 管壳腔体内、外边缘及密封区中心位置存在空洞，导致密封宽度B+C不足设计密封宽度W的25%；3) 管壳腔体边缘一侧存在非贯穿型长空洞，导致密封宽度D不足设计密封宽度W的25%。当A/W、(B+C)/W或D/W<0.25时，判定为密封宽度不合格。

实际器件密封后，在X射线照相检测中，密封宽度d与设计密封宽度D的比值是否大于75%，是判断密封是否合格的重要依据（见图3）。

X射线照相检测原理

由于被测物质在密度、厚度方面存在差异，X射线穿透被测物质时，强度会发生相应变化并产生不同程度的衰减，其强度衰减规律遵循下面的计算公式。密度高、厚度大的区域对X射线的吸收作用更强，密度低、厚度小的区域对X射线的吸收作用较弱。X射线穿过被测物质到达探测器后，衰减后的X射线会被转换为可见光，并在照相底片或光学传感器上成像。因透射的X射线强度存在差异，转换后的可见光强度也会不同，进而在照相底片或传感器上形成密度各异的影像。如图4所示，颜色较浅的区域代表待检查物质密度低、厚度小的部分；颜色较深的区域代表待检查物质密度高、厚度大的部分。

X射线强度的计算公式为

其中，I0为入射X射线强度；I为透射X射线强度；μ为衰减系数；x为待检查物质厚度。

密封空洞成像原理

密封空洞的存在会导致被检材料中焊料厚度不均匀。当X射线从焊料上方穿透时，无空洞区域的总体焊料厚度为T，而存在空洞的焊料区域总体厚度为T-T₀（如图5所示）。由于T-T₀

图6、图7分别给出了陶瓷封装QFP外壳和FP外壳在X射线照相检测中密封区的空洞情况。由于X射线辨别密封空洞的核心原理是图像灰度差异，陶瓷外壳等复杂外壳结构所形成的图像有时会干扰检测结果的判断。为提高密封空洞判断的准确性，可结合超声扫描等手段进行综合分析。