Переход от традиционной пленочной рентгенографии к цифровой рентгенографии (ЦР) представляет собой значительный сдвиг в неразрушающем контроле (НК) и медицинской диагностике. Цифровой рентгеновский аппарат использует цифровые датчики, такие как плоскопанельные детекторы, вместо фотопленки. Эта технология улавливает энергию рентгеновского излучения и мгновенно преобразует ее в цифровые данные, создавая изображения высокого разрешения за считанные секунды.
Для отраслей, требующих высокой точности, таких как производство и ремонт электроники, оперативность и четкость цифровых систем имеют решающее значение. В отличие от компьютерной радиографии (КР), которая требует отдельного этапа сканирования, современные цифровые системы обеспечивают возможности получения изображений в реальном времени, что необходимо для анализа сложных внутренних структур без разборки.
Понимание архитектуры цифровой рентгеновской системы помогает выбрать подходящее оборудование для решения конкретных задач.
В основе современного цифрового рентгеновского аппарата лежит плоскопанельный детектор (FPD). FPD превосходят более старые усилители изображения, поскольку обеспечивают более широкий динамический диапазон и лучшее соотношение контрастности к шуму. Обычно их делят на два типа:
Непрямое преобразование: используется сцинтилляционный слой для преобразования рентгеновских лучей в свет, который затем преобразуется в электрический заряд.
Прямое преобразование: Преобразует рентгеновские лучи непосредственно в электрический заряд, обеспечивая более высокое пространственное разрешение, что крайне важно для контроля микрокомпонентов, таких как интегральные схемы (ИС).
Источник излучения, рентгеновская трубка, определяет проникающую способность. Высоковольтные трубки используются для плотных материалов (например, металлических отливок), в то время как низковольтные микрофокусные трубки предпочтительны для электроники, чтобы предотвратить повреждение чувствительных компонентов, обеспечивая при этом резкое геометрическое увеличение.
Хотя медицинские применения хорошо известны, промышленный сектор в значительной степени полагается на цифровую рентгеновскую технологию для контроля качества. В области электроники компоненты поверхностного монтажа (SMT) и шарикоподшипниковые матрицы (BGA) имеют скрытые паяные соединения, которые невозможно проверить визуально.
Цифровой рентгеновский аппарат является стандартным инструментом для выявления следующих проблем на печатных платах:
| Тип дефекта | Описание | Влияние на устройство |
| Пустоты BGA | Воздушные пузырьки, застрявшие внутри шариков припоя. | Может привести к перегреву и плохой проводимости. |
| Паяное соединение | Нежелательное соединение между двумя проводящими точками. | Вызывает короткие замыкания и немедленный выход устройства из строя. |
| Холодные паяные соединения | Неполное слияние припоя и контактной площадки. | Это приводит к периодическим проблемам с подключением. |
| Несоосность компонентов | Детали сместились со своих предназначенных мест. | Влияет на целостность сигнала и механическую стабильность. |
Для специалистов по ремонту мобильных телефонов, экспертов по контролю качества и мелкосерийного производства большие напольные устройства часто оказываются непрактичными. В ответ на это рынок предложил компактные настольные решения, разработанные специально для микроэлектроники.
Эти настольные системы ориентированы на максимальное геометрическое увеличение при компактных размерах. Они позволяют операторам быстро проводить детальный анализ паяных соединений BGA и микросхем.
Практическим примером оборудования этой категории является TBK 2208Данное устройство функционирует как настольный рентгеновский аппарат для BGA-микросхем, предназначенный для неразрушающего контроля. Оно разработано для того, чтобы помочь специалистам визуализировать внутреннюю структуру мобильных телефонов и печатных плат без повреждения компонентов.
Прибор TBK 2208 облегчает обнаружение упомянутых выше дефектов — пустот, перемычек и холодной пайки — обеспечивая четкое изображение внутренних поверхностей. Его конструкция ориентирована на оптимизацию рабочего процесса ремонтных мастерских и отделов контроля качества, где пространство ограничено, но точность не должна быть принесена в жертву. Используя такие специализированные настольные инструменты, операторы могут эффективно проверять качество ремонта и обеспечивать качество сборки.
При оценке цифрового рентгеновского аппарата для промышленного использования следует сравнить несколько характеристик, чтобы убедиться, что система соответствует эксплуатационным требованиям.
Размер фокусного пятна: Меньшие размеры фокусного пятна (измеряемые в микронах) обеспечивают более четкие изображения при большом увеличении.
Разрешение детектора: более высокая плотность пикселей позволяет визуализировать более мелкие детали.
Возможности программного обеспечения: Передовое программное обеспечение часто включает в себя автоматическое распознавание дефектов (ADR) и фильтры для улучшения изображений.
Меры безопасности: Для защиты операторов от радиационного облучения обязательны свинцовая защита и блокировки.
| Особенность | Медицинский цифровой рентгеновский снимок | Промышленный/рентгеновский контроль печатных плат |
| Доза облучения | Сведено к минимуму для обеспечения безопасности пациентов. | Оптимизировано для повышения качества изображения (допускается более высокая доза облучения). |
| Разрешение | Умеренный (контраст костной и тканевой ткани). | Чрезвычайно высокий уровень (на микронном уровне для проводов/припоя). |
| Тип объекта | Естественные, движущиеся объекты. | Статические неорганические материалы (кремний, медь). |
| Размер системы | Большие, часто размером с комнату. | Различаются: от напольных до настольных (например, TBK 2208). |
Владение цифровым рентгеновским аппаратом требует соблюдения строгих правил техники безопасности.
Радиационная безопасность: Все сертифицированные системы поставляются с полностью экранированными шкафами. Необходимо регулярно контролировать утечку излучения.
Техническое обслуживание трубки: Рентгеновская трубка является расходным материалом. Избегание частых циклов перегрева (включения и выключения аппарата без предварительного прогрева) продлевает срок службы трубки.
Калибровка: Для поддержания однородности изображения детекторам требуется периодическая калибровка усиления и смещения.
В1: В чем разница между рентгеновскими аппаратами CR и DR?
A1: Компьютерная рентгенография (КР) использует кассету, которую необходимо вручную сканировать после экспозиции для получения изображения. Цифровая рентгенография (ДР) использует плоскопанельный детектор, который передает изображение непосредственно на экран компьютера за считанные секунды, обеспечивая более быстрый рабочий процесс и более высокую эффективность.
Вопрос 2: Может ли цифровой рентгеновский аппарат повредить электронные компоненты?
A2: В целом, нет. Доза облучения, используемая для проверки, значительно ниже порогового значения, которое может повредить кремниевые чипы или память. Однако операторам следует следовать рекомендациям производителя относительно времени облучения и настроек напряжения, чтобы обеспечить абсолютную безопасность чувствительных устройств.
В3: Почему рентгеновский контроль необходим для компонентов BGA?
A3: Компоненты BGA (Ball Grid Array) имеют паяные соединения под корпусом микросхемы, что делает их невидимыми невооруженным глазом или под оптическим микроскопом. Рентгеновская визуализация — единственный неразрушающий метод проверки качества этих скрытых паяных соединений, позволяющий выявлять пустоты или короткие замыкания.
Вопрос 4: Как часто требуется техническое обслуживание цифрового рентгеновского аппарата?
A4: Плановое профилактическое техническое обслуживание обычно рекомендуется проводить каждые 6–12 месяцев. Оно включает проверку системы охлаждения, проверку целостности радиационной защиты и калибровку детектора. Рентгеновскую трубку, в зависимости от интенсивности использования, может потребоваться заменить через несколько лет.