電腦斷層影像與表面封裝元件之校正與缺陷檢測

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研究生：	陳洊丞 Chen, Jian-cheng
論文名稱：	電腦斷層影像與表面封裝元件之校正與缺陷檢測 Calibration and defect detection of SMT components using computer tomography
指導教授：	彭明輝 Perng, Ming-Hwei
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 動力機械工程學系 Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	74
中文關鍵詞：	X射線層析攝影合成法、電腦斷層影像、缺陷檢測
外文關鍵詞：	tomography, PCB, defect inspection
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現代科技日新月異，電子產品不斷推陳出新，在節省成本與縮小產品面積的要求下，PCB板面積不斷下降，導致元件密度也越來越高，加上元件種類規格更加多元化，使得光學檢測效率下降，大大提高檢測的難度；而廠商為了增加PCB板檢測速度，提昇產品品質，線上檢測提供了一個合理的答案，但也增加了檢測的難度。在X射線層析攝影合成原理的系統下，本研究提供一套有效將影像上檢測目標分離出來的程序，在小幅增加檢測時間前提下，大大地提昇線上檢測的效率。
本研究的檢測流程包含前端校正程序，改善影像品質，進而配合各種影像分離手法找出各種檢測目標。依據X射線層析攝影合成原理，投影成像的CCD位置校正為首要工作，而由於X射線層析攝影合成原理的殘影效應影響，故改善影像品質也是需努力的目標，本研究利用背景補償及加強影像對比來降低殘影效應，以增加將檢測目標分離出來的效率。之後針對各種檢測目標，依據其目標特性，使用合適的影像分離技術將檢測目標分離出來。

目錄
摘要……………………………………………………I
目錄……………………………………………………II
圖目錄…………………………………………………    IV
表目錄…………………………………………………    VI
第1章    簡介    1
1-1    問題背景與問題描述    1
1-2    文獻回顧    3
1-2.1.    X射線重建技術    4
1-2.2.    影像分離技術    6
1-3    研究策略與論文架構    7
第2章    CCD影像位移量校正與厚度校正    10
2-1    X射線層析攝影合成技術    10
2-1.1.    X射線層析法    11
2-1.2.    X射線層析攝影合成    12
2-2    機台系統架構    15
2-2.1.    機台架構    16
2-2.2.    CCD影像座標誤差成因    18
2-2.3.    厚度誤差成因    19
2-3    CCD影像座標誤差校正    21
2-3.1.    座標校正片    22
2-3.2.    CCD影像座標校正流程    23
2-3.2.1.    座標校正片型態定位    24
2-3.2.2.    各CCD影像座標校正    27
2-4    厚度校正    28
2-4.1.    X射線源能量與接收器反應灰階亮度關係    29
2-4.2.    厚度校正公式推導及流程    30
2-4.2.1.    公式推導    30
2-4.2.2.    校正流程    34
2-5    CCD影像座標及厚度校正成果    38
2-5.1.    CCD影像座標校正    38
2-5.1.1.    座標校正片型態定位    38
2-5.1.2.    各CCD影像座標校正及結果    39
2-5.2.    厚度校正實驗    42
2-5.2.1.    建立厚度校正曲面    42
2-5.2.2.    厚度校正結果    46
第3章    重疊元件分離    47
3-1    上下層元件重疊影像特性    47
3-2    週期性訊號    49
3-3    影像線性組合(linear combination)    51
3-4    重疊元件分離實驗結果    52
第4章    導熱片空洞缺陷檢測    55
4-1    導熱片缺陷與其特性    55
4-2    種子區塊成長演算法    58
4-2.1.    空間濾波器    58
4-2.2.    種子區塊成長演算法    59
4-3    缺陷梯度與形狀飽和度判斷法    60
4-3.1.    梯度(gradient)    60
4-3.2.    形狀飽和度(compactness)    61
4-3.3.    缺陷梯度與形狀飽和度判斷法    62
4-4    導熱片空洞分離實驗結果    63
4-4.1.    種子區塊成長演算法結果    63
4-4.2.    缺陷梯度與形狀飽和度判斷演算法結果    65
第5章    結論    69
5-1    本研究之貢獻    69
5-2    未來發展方向    70
參考文獻    72


圖目錄
圖 1 1  PCB板影像(含上層BGA與下層電容重疊)    3
圖 1 2 導熱片空洞缺陷影像    3
圖 2 1  X射線層析法的系統架構    11
圖 2 2  X射線層析攝影合成(N=4)    13
圖 2 3 平移與相加    15
圖 2 4 廠商X射線檢測機台架構    16
圖 2 5  X射線系統的掃描方式    18
圖 2 6  模擬X射線系統的掃描成像過程    18
圖 2 7  3條線型相機放置於載台時理想與實際情形    19
圖 2 8  X射線源與X接受器之間的關係    20
圖 2 9穿透3.5mm銅板物體模擬結果    21
圖 2 10 座標校正片示意圖    23
圖 2 11歐拉角轉換    25
圖 2 12座標校正片型態    25
圖 2 13座標校正片座標點投影至CCD平面示意圖    26
圖 2 14 CCD影像包含旋轉及偏移的誤差    28
圖 2 15 X射線能量與穿透物體吸收係數與厚度乘積    30
圖 2 16 X射線能量與CCD反應的灰階亮度特性曲線    30
圖 2 17 X射線穿透錫片與銅片後各能量關係示意圖    32
圖 2 18對數座標系與厚度為ts的能量對應直線    32
圖 2 19對數座標系與厚度為ts的灰階亮度對應直線    34
圖 2 20校正片示意圖    35
圖 2 21校正片操作取像示意圖    36
圖 2 22建立錫片厚度為ts的對應直線 (a)Id=0 (b) Id最佳化    36
圖 2 23建立錫片厚度的對應直線    37
圖 2 24錫片厚度與最佳化直線截距座標系    37
圖 2 25中央CCD座標校正片局部影像    39
圖 2 26線型接收器名稱對應圖    41
圖 2 27未校正CCD座標時之切層影像    41
圖 2 28校正CCD座標後之切層影像    42
圖 2 29 等厚度的PCB板X射線影像    44
圖 2 30真實校正片    44
圖 2 31校正片X射線影像    45
圖 2 32 PCB板X射線影像    45
圖 2 33七條不同錫片厚度對應直線    46
圖 2 34錫片厚度與錫片對應直線截距座標系    46
圖 2 35錫片厚度與對應灰階平面    46
圖 2 36校正前後的PCB板影像    47
圖 3 1接收器反應灰階亮度與穿透物體等效厚度關係示意曲線    49
圖 3 2 BGA錫球與被動元件重疊實際影像    50
圖 3 3 BGA錫球與被動元件重疊處放大影像    50
圖 3 4 BGA錫球陣列模擬影像    51
圖 3 5 BGA錫球陣列模擬影像轉至頻域的影像    52
圖 3 6過濾頻域週期性訊號後BGA陣列影像    52
圖 3 7 PCB板影像    54
圖 3 8 PCB板轉換至頻域影像    54
圖 3 9過濾週期性訊號後的PCB板影像    54
圖 3 10原始與過濾週期性訊號PCB板影像    55
圖 3 11原始與過濾週期性訊號PCB板比例疊加影像    55
圖 3 12電容分離結果    55
圖 4 1 QFN封裝    57
圖 4 2 QFN封裝內部散熱片與導通孔示意圖    58
圖 4 3 QFN封裝內部散熱片空洞缺陷實際影像    59
圖 4 4方形空間濾波器(m=5,n=3)    61
圖 4 5長方形、正方形及圓形形狀飽和度比較    62
圖 4 6原始影像及梯度影像    64
圖 4 7 經過空間濾波器後導熱片與空洞缺陷X射線影像    65
圖 4 8 種子區塊成長法的種子區域    65
圖 4 9 空洞缺陷檢測結果    66
圖 4 10對比強化導熱片與空洞缺陷X射線影像    67
圖 4 11將導熱片影像k-mean分成4群灰階亮度    67
圖 4 12空洞缺陷的兩個邊界候選    68
圖 4 13增強對比導熱片影像的梯度影像    68
圖 4 14導熱片中空洞缺陷檢測結果    68
圖 5 1 PCB板中電阻與BGA重疊影像(紅框處)    72


表目錄
【表 2 1】最小平方法得到的α、β、γ及ΔH0近似解    39
【表 2 2】以近似解為初值，最陡下降法得到α、β、γ及ΔH0最佳解    39
【表 2 3】各片CCD其旋轉角度及偏移量    40
【表 2 4】校正前後影像    46
【表 4 1】對稱軸上之強殘影效應厚度比例    62
【表 4 2】兩種導熱片空洞檢測方法比較    68

                                

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