JP2004515762A - 偏心断層合成 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、複数の関心領域の偏軸Ｘ線画像を補足するための装置及び方法に着眼している。本装置は、放射線ビームを生成する源（１１２）と、複数の関心領域（Ａ、Ｂ、Ｃ）の少なくともサブセットをサポートする面（１２０）と、前記複数の関心領域のサブセットを通過したビームの部分を同時に受け取るように配置されたＸ線検出器（１３０）とを含んでいる。Ｘ線検出器は、ビームの受け取った部分から、複数の関心領域のサブセット内の各関心領域に対する画像の電子的表示を作成する。放射線源、サポート面、及び検出器の組合せは何れも、関心領域をビーム内に配置するため移動可能である。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概括的には、画像検査システム及び方法に関する。厳密には、本発明は、断層合成画像化技術を使ったＸ線検査システムに関する。
【０００２】
【従来技術】
集積回路（ＩＣ）チップを印刷回路板（ＰＣＢ）上へ実装する際には、相互接続部に重大な欠陥があるか否かを判定するため、ＰＣＢ上の相互接続部を検査する必要がある。ＩＣチップの複雑性、性能、及び配置密度が益々高くなるのに伴い、パッケージ相互接続部の密度及び機能性が要求されている。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）は、特殊化された検査技術を要する相互接続部を備えた表面実装技術（ＳＭＴ）パッケージの一例である。ＰＣＢ相互接続部の複雑性と密度が止まることなく増していく中で、相互接続部上又は相互接続部内の欠陥を検出するため、数多くの相互接続部検査技術が開発されてきた。
【０００３】
このような相互接続部検査技術の１つである断層合成では、３次元電気はんだ接合部を通過する単一面に沿うスライス画面のデジタル画像表示を作成することにより欠陥を検査することができる。デジタル断層合成システムを使えば、目視又は従来のＸ線撮影法では検査できない各種ＰＣＢはんだ接合品質を検査することができる。１９８７年８月１８日にリチャードＳ．プジョーに対して発行された米国特許第４，６８８，２４１号は、本願に参考文献として援用するが、本出願の図１に示すシステム１０を含め、数多くの断層合成検査システムを開示している。システム１０は、操舵可能な微小焦点Ｘ線源１２、Ｘ線の画像化を行える大型フォーマット画像検出器３０、及びＸ線源と検出器の間に配置された検査面２０を含んでいる。本願では、Ｘ線源１２に関する「操舵可能」という用語は、Ｘ線源１２内の電子線を目標アノード上の様々な場所に向ける能力を指す。これに対し、本願では、静止又は非操舵可能源という用語は、そのような能力が欠如したＸ線源、例えば、電子線が目標アノード上の１点に当たる場合を指す。
【０００４】
画像化対象領域Ａ、Ｂ、及びＣは、Ｘ−Ｙテーブル（図示せず）上に置かれるが、これは検査面２０内にある。対象がＸ−Ｙテーブル上にあれば、試験対象をｘ及びｙ方向に沿って並進移動させ、はんだ接合部のような関心領域を画像化することができる。Ｘ線源１２は、試験対象を貫通し検出器３０に到達するには十分なエネルギーであって、同時に合成画像の関心領域内にコントラストが生まれるに足る低いエネルギーを有するＸ線ビーム５０を発生させる。
【０００５】
Ｘ線源１２及び検出器３０は、独立した垂直駆動機構上に取り付けられ、概ね２．５ｍｍ×２．５ｍｍ乃至２５ｍｍ×２５ｍｍの範囲内の連続可変視野が得られるようになっている。具体的には、Ｘ線源１２は、Ｘ線源１２と検査面２０の間の距離を変更するプログラム可能なＺ軸上に取り付けられている。Ｘ線源１２と面２０の間の距離は、ここではＺ１としている。検出器も、検査面２０と検出器３０の間の距離を変更するプログラム可能なＺ軸上に取り付けられている。検査面２０と検出器３０の間の距離は、ここではＺ２としている。視野を変えるのは、距離Ｚ１及びＺ２の何れか又は両方を変えることにより行われる。
【０００６】
図１のシステムの動作について説明する。関心領域Ａ、Ｂ、及びＣを有する回路板は、検査面２０内のＸ−Ｙテーブル上に配置される。次に、はんだ接合部のような関心領域Ａ、Ｂ、及びＣ又は構成要素が画像化できるように、回路板はｘ及びｙ方向に沿って並進移動される。回路板が適切に配置されると、Ｘ線ビーム５０のような放射線が回路板上の対象に向けて投射される。Ｘ線ビーム５０の一部は、対象内を透過して対象により変調される。
【０００７】
ビーム５０の対象を通過した部分は、次に、画像検出器３０に当たる。検出器３０は、試験対象からの変調情報を含んだＸ線シャドーグラフを作成することができる。検出器３０の入力スクリーンに当たるＸ線は、Ｘ線ビーム５０の範囲内に入る或る体積の対象の可視光又はシャドーグラフの画像を生成する。検出器３０が画像増強管を含んでいる場合には、画像増強管の出力の画像は輝度が増幅される。
【０００８】
検出器３０の出力面に現れる画像は、ビデオカメラ（図示せず）によりミラーを介して見られる。図１の番号１、３、５、及び７の領域のような、検出器３０の様々な領域からの画像は、ミラーの位置を調整することにより順次カメラに送られる。
【０００９】
得られた画像は、次にビデオデジタイザーへ入力される。ビデオデジタイザーは、デジタル化された画像セットを出力する。セット内の各画像はメモリに送られ記憶される。画像は、次に別々に断層合成コンピュータに送られるが、このコンピュータは既知の断層合成アルゴリズムでプログラムされており、画像の組合せを行い、モニターへ合成画像を提供するようになっている。デジタル化された画像セットの分解能を改善するためには、検出器３０全体を断層合成で見るための画像を捕捉するのではなく、カメラの視野を検出器３０の領域、領域１、３、５又は７等に制限することが望ましい。
【００１０】
システム１０では、関心領域の中心は、Ｘ線源の経路の中心から検出器３０の中心に伸びる線に一致しなければならない。図１から分かるように、対象Ｂの中心は、Ｘ線ビーム５０の中心線及び検出器３０の視野の中心と一致している。
【００１１】
対象Ｂの断層合成画像を入手するために、例えば、Ｘ線源１２はＺ軸に垂直な円経路に沿う多数の地点１−８に配置される。円上の各点は、Ｚ軸に垂直な面内にあり、Ｚ軸と同じ角度を保っているか、又はＺ軸から等距離にある。各点で、Ｘ線源１２は、対象Ｂに向けて、Ｘ線ビーム５０を、少なくともビームの一部は対象Ｂを通過するように放射し、これにより検出器３０に対象Ｂの画像が生成される。例えば、対象Ｂの画像１を捕らえるために、Ｘ線源１２は操舵して位置１に配置され、検出器視野は位置１に移動される。このプロセスは、対象Ｂの画像２から８に対して繰り返される。Ｘ線源ハウジング内部の電子線及び検出器視野は各捕捉後に移動させねばならないので、８つの画像が順次捕捉される。この結果、既知の所定の角度で、対象Ｂの８つの走査画像が獲得される。
【００１２】
対象Ｂの必要な画像を撮った後、Ｘ−Ｙテーブルは、対象Ａの中心が、Ｘ線ビーム５０の中心線及び検出器視野の中心と一致するように移動される。対象Ａの画像１を捕捉するために、Ｘ線源１２は位置１まで操舵され、検出器視野は位置１に移動する。このプロセスは、対象Ａの画像２−８について繰り返される。こうして、対象Ａの８つの走査画像が獲得される。このプロセスは、画像化対象又は画像化対象関心領域のそれぞれについて継続して行われる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
断層合成を効果的にするため、角度ｐｈｉは垂線から少なくとも２５−３０度の角度とし、有用な対象の断層合成スライスを生成する。しかしながら、Ｘ線源の直径、検出器の直径、Ｘ線源と対象との距離Ｚ１、及び対象と検出器との距離Ｚ２には実用面での制限があるので、実現可能な角度、視野、分解能、及びシステムの速度については妥協を余儀なくされる。所望の角度、従って有用な断層合成スライスを実現するためには、費用のかかるＸ線源及び／又は検出器が必要となる。
【００１４】
上記のように、米国特許第４，６８８，２４１号でプジョーが開示し図１に示されているような、従来の断層合成技術では、Ｘ線焦点位置と検出器の視野の中心線を、画像化対象の中心と一致させる必要がある。この配置は、結果的に数々の利点をもたらす。Ｘ線ビームを関心領域の中心に通すことによって、機械のキャリブレーション、画像の歪み修正とグレイ補正、及び対象の機械的位置決めが単純化される。断層合成の品質は、電子線とミラーの正確な位置決めにより左右される。この精度は、電磁ビーム操舵及び検流計ミラーの既存の技術を使って実現することができる。しかしながら、従来システムの不都合な点は、大型フォーマット検出器と操舵可能なＸ線源を使う必要のあることである。そのような装備は高価で、これを使用するとシステム全体の費用が上がる。更に、そのようなシステムでは、８つの画像それぞれを連続して捕捉するのに時間がかかり、その結果、１つの画像を捕捉するのに要する時間の８倍のシステム速度に制限されることになる。
【００１５】
この様に、Ｘ線焦点位置と検出器の視野の中心線を、画像化対象の中心と一致させる必要のない断層合成画像化技法を使用するＸ線検査システムが必要とされている。
【００１６】
更に、操舵可能なＸ線源と大型フォーマット検出器の両方を必要としない断層合成画像化技法を使ったＸ線検査システムの技術が必要とされている。
【００１７】
更には、全体的な費用を下げつつシステムのスループットを上げる断層合成画像化技法を使ったＸ線検査システムの技術が必要とされている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線焦点位置と検出器の視野の中心線を画像化対象の中心と一致させる必要のない断層合成画像化技法を使用したＸ線検査システムを提供することにより、先行技術が必要とするものを提供する。この要件がなくなると、大型フォーマット検出器又は操舵可能Ｘ線源の何れか又は両方の使用を回避することで相当のコスト及び性能上の利点が実現される。
【００１９】
これらの利点は、非操舵可能Ｘ線源を８つの画像を同時に捕捉できるＸ線検出器と組合せた検査システムを使用することにより実現される。こうして、費用の嵩む操舵可能なＸ線源の必要性が排除でき、システム全体が単純化される。更に、本システムの速度又はスループットも改善される。
【００２０】
これらの利点は、代わりに、操舵可能なＸ線源及び小型フォーマット高分解能検出器を有する検査システムを使用することによっても実現される。Ｘ線源を更に中心から離して操舵することにより、対象の画像は高分解能小型フォーマット検出器上に投射することができる。この様に、小型のより安価な検出器を使用することにより、費用節約が図られる。
【００２１】
Ｘ線検出器及び操舵可能なＸ線源は、通常、検査システム内では最も高価なものであるので、その一方又は両方のコストを下げることができれば、要求される性能を維持しつつシステム全体のコストを下げることができる。
【００２２】
本発明は、Ｘ線源又は検出器並びに目標対象を断層合成のための適位置に配置するのに必要な、機械的再位置決め移動の回数を減らすこともできる。従って、本発明は、より短い時間で且つより安価に、複雑な相互接続部の画像が作成できるようにする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
現時点で好適な実施形態について、図２から図６を参照しながら説明する。画像化対象又は関心領域の選択は任意であるが、画像化対象は、電子部品アッセンブリ、又ははんだ接合により回路板に接続された電子部品を含む回路板、の何れかで構成されているのが望ましい。
【００２４】
図２及び図２ａは、それぞれ、本発明の第１の実施形態の原理を具現化したＸ線検査システム１００を示している。システム１００は、非操舵可能Ｘ線源１１２及び領域検出器１３０を含んでいる。適した非操舵可能Ｘ線源は、カリフォルニア州サンディエゴのニコレット・イメージング・システムズから入手可能である。Ｘ線源１１２は、検査面１２０の中心及び検出器１３０の中心に対して変位しているが概ね中心が合っている。図１のシステムでのように、画像化対象領域Ａ、Ｂ、及びＣは、検査面１２０内に機械的にサポートされている。サポート面は、サポートがＸ−Ｙテーブルである場合など、Ｘ線源１１２及び検出器１３０に対して領域Ａ、Ｂ、及びＣを移動できるものでもよい。代わりに、サポート面は、Ｘ線源１１２及び／又は検出器１３０に対する所定位置に、領域を単に保持するだけであってもよい。Ａ、Ｂ、及びＣは、本願では対象と呼んでいるが、当業者には、Ａ、Ｂ、及びＣは、単に、同じ物理的対象内の異なる関心領域であってもよいことがご理解いただけよう。
【００２５】
Ｘ線源１１２及び検出器１３０は、連続可変視野を可能とする独立した垂直駆動機構に取り付けられているのが望ましい。垂直駆動機構を使用して、Ｘ線源１１２と画像化対象の間の距離Ｚ１、及び画像化対象と検出器１３０の間の距離Ｚ２を変更する。システム１００では、距離Ｚ１は凡そ０．５”乃至３．０”の範囲に、Ｚ２は概ね０．５”乃至３．０”の範囲にある。代わりに、領域Ａ、Ｂ、及びＣの機械的サポートと、Ｘ線源１１２と検出器１３０の内の少なくとも一方は、Ｚ１及びＺ２を独立して変えることができるように独立した垂直駆動機構に取り付けてもよい。更に別のやり方として、システムは垂直駆動機構を含まず、Ｘ線源１１２及び検出器１３０は、固定されたＺ１及びＺ２距離に配置してもよい。また、図２では、Ｘ線源１１２は検査面１２０の上方に、検出器１３０はその下方に配置されているように示されているが、当業者には理解頂けるように、Ｘ線源１２０を代わりに検査面１２０の下方に配置し、検出器１３０を検査面１２０の上方に配置してもよい。
【００２６】
システム１００には、平面スクリーンと、各方向に少なくとも１０００画素を有するＸ線検出器１３０が設けられている。ある好適な実施形態によれば、検出器１３０は非晶質シリコン（ａＳｉ）検出器である。ａＳｉ検出器は、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）結晶で被覆したａＳｉ製の平面スクリーンを備えている。このようなａＳｉ検出器の例として、フランス、モアランのトリクセルから入手可能な、モデルＦｌａｓｈＳｃａｎ２０がある。このモデルは、一方向に１５３６画素、他方向に１９２０画素を有しており、分解能は４線対／ｍｍである。また１２７ミクロンの画素サイズを有し、従って検出器全体寸法は凡そ１９５ｍｍ×２４４ｍｍである。
【００２７】
Ｘ線がａＳｉ検出器のスクリーンに当たると、Ｘ線はＣｓＩ層に吸収される。ＣｓＩは閃輝性材料であるので、Ｘ線が当たると光のパルスを発する。この光は検出器１３０内で、ａＳｉフォトダイオードのマトリクスの荷電キャリアに変換される。全てのフォトダイオードは、薄膜トランジスタ又はダイオードである個別スイッチにより読み出し回路に接続されている。出力信号は増幅され、アナログからデジタルに変換される。光ファイバ又は他の導電性リンクを介して、画像データはリアルタイム処理システムに転送され、ここで画像形成の処理が行われ画像が作成される。作られた画像は、図２ａに示すように表示装置又はビデオモニター１４０で見るか、又は後で検索するために記憶される。
【００２８】
従来の断層合成では、検出器の出力は、ミラーによりカメラに供給され、次にビデオプロセッサに送られる。上記検出器１３０の出力は、それ自体がＸ線画像のデジタル表示なので、ミラー及びカメラの必要性はなくなり、検出器の出力は画像処理システムに直接送給される。特に、ａＳｉ検出器１３０は、偏軸画像に対して３０度の角度を、各画像において少なくとも５１２画素で実現するに十分な大きさなので、後に詳しく説明するように、８画像全てを同時に捕捉することができ、これにより検査に要する時間が飛躍的に低減される。
【００２９】
更に、システム１００には制御システムが設けられている。制御システムは、画像化対象、Ｘ線源、検出器、又はその組合せを移動させることにより、画像化対象を検査面１２０内の所望の位置に配置するように機能する。本システムは、更に、独立した垂直駆動機構を使用している場合には、その作動を制御して、距離Ｚ１及びＺ２を要求どおりに変更し、後に詳しく説明するが、本発明の画像ステッチ態様を制御する。
【００３０】
制御システムの機能は、図２ａに示すプロセッサ１５０により実行されるが、このプロセッサ１５０は、上記のリアルタイム画像処理機能も実行する。この様に、プロセッサ１５０は、当業者には既知のように、制御システム及び画像処理機能を実行するようにプログラムされた汎用マイクロプロセッサでもよい。代わりに、プロセッサ１５０は、専用の画像処理装置であってもよいが、その場合には、制御機能は、別のマイクロプロセッサベースの装置又は別個の制御装置によって行われる。
【００３１】
図２に戻るが、Ｘ線源１１２がＸ線ビームを検査面１２０内の領域に向けて投射すると、領域Ａの偏軸画像が検出器１３０の位置５に得られ、同様に対象Ｃの偏軸画像が対応する位置１に得られる。図２には示していない他の領域の偏軸画像も、同じように得られる。これは、以下の説明を参照すれば、理解が進むであろう。断層合成復元にはもっと多くの画像が必要であるが、簡潔さを期し、説明は４つの画像に限定する。典型的なはんだ接合部の検査については、大抵の場合８つの偏軸画像で受容可能な結果を得られることが分かっているが、画像数はこれより多くても少なくてもよい。
【００３２】
図４は、印刷回路版上の、９つの考えられる画像化関心領域を示している。関心領域Ａが検査面１２０の中心に配置され、Ｘ線が非操舵可能Ｘ線源１１２から投射されると、検出器位置１に対応する領域Ｂの偏軸画像、並びに検出器位置７に対応する領域Ｄの偏軸画像が得られる。関心領域Ｂが検査面１２０の中央に配置され、Ｘ線が非操舵可能Ｘ線源１１２から投射されると、検出器位置５に対応する領域Ａの偏軸画像、並びに検出器位置７に対応する領域Ｅの偏軸画像、及び検出器位置１に対応する領域Ｃの偏軸画像が得られる。関心領域Ｃが検査面１２０の中央に配置されると、検出位置５に対応する領域Ｂの偏軸画像、並びに検出位置７に対応する領域Ｆの偏軸画像が得られる。関心領域Ｄが検査面１２０の中央に配置されると、検出器位置３に対応する領域Ａの偏軸画像、検出器位置１に対応する領域Ｅの偏軸画像、及び検出器位置７に対応する領域Ｇの偏軸画像が得られる。関心領域Ｅが検査面１２０の中央に配置されると、検出器位置５に対応する領域Ｄの偏軸画像、並びに検出器位置１に対応する領域Ｆの偏軸画像、検出器位置３に対応する領域Ｂの偏軸画像、及び検出器位置７に対応する領域Ｈの偏軸画像が得られる。残りの関心領域も適所に配置されると、対応する画像が得られる。
【００３３】
外側の関心領域（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、及びＩ）についての完全な画像のセットを得るには、図５に示す印刷回路板の活性領域の外側の領域を、検査面の中央に配置し、対応する画像を撮らねばならない。実際には、関心領域の大部分は、印刷回路板の縁部ではなく縁部より内側にある。しかしながら、本発明を用いると、順次にではなく各位置で同時に複数の視野が得られるので、既知の技法に比べてスループットは著しく向上する。
【００３４】
検査面内で、検査対象が格子又は他の配列（例えば、ボールグリッドアレイからの接合箇所）である場合には、Ｘ線源が関心領域Ｂの上に放射すると、Ｂに隣接する複数の領域に同時に放射されることになる。従って、本技法を使えば８ヶ所の隣接領域の８つの偏軸画像を同時に獲得することができ、格子全体を検査するのに必要な画像化位置の総数を減らすことができる。対照的に、従来の画像捕捉法では、各領域毎に８つの偏軸画像が順次作成される。従って、Ｎ×Ｎ領域の配列では、従来の方法を使ったＸ線源位置の総数は８×Ｎ^２となる。しかしながら、本発明のこの実施形態の偏軸方法を使えば、各領域毎にたった１ヶ所、に領域の境界線を加えて、Ｘ線源位置の総数は（Ｎ＋２）（Ｎ＋２）＝（Ｎ＋２）^２に等しくなる。領域の数が増えても、領域に比較して、Ｘ線源位置の数は、従来の方法に比べると劇的に少なくなる。例えば、従来の方法でＮ＝３で７２のＸ線源位置が使用される場合、これに対して本実施形態の偏軸方法ではたった２５しか使用されない。従来の方法ではＮ＝１０で８００のＸ線源位置が使用されるのに対し、本実施形態の偏軸方法では１４４の位置しか使用されない。
【００３５】
偏軸画像が全て捕捉されると、画像は、対象毎の複数の画像、即ち対象Ａの場合は画像１−８をグループ化することにより、一緒のグループに戻される。特定の対象の全８画像は、同じ機械的位置の検査面で捕捉されるわけではないので、画像を合わせて融合するのに画像整列技法を使用するのが望ましい。１画素の精度以内で画像を位置決めする非常に精密なＸ−Ｙテーブルを使用する場合は、画像は単にグループにまとめるだけでよい。Ｘ−Ｙテーブルの精度が１画素未満である場合には、「視野内」起点を使用することにより各種画像を整列させることが、又は代わりに、隣接する境界線でそれらを整合するために画像を十分に重ねあわすことが必要となる。
【００３６】
点の四角形配列の角部は、格子又は四角形の辺部よりも目標に対してＸ線源の中心から離れているので、各偏軸画像の中心を画像化システムの中心から一定の半径に保つパターンを使用するのが好都合である。図６は、この要件を満たす六角形配列の一例を示している。８つの偏軸画像の代わりに、６つの偏軸画像を使用して断層合成スライスを生成することができ、六角形パターンを回路板上の何れの視野でも対称的に配置することができる。
【００３７】
検出器１３０は、放射されたＸ線を受け、そのＸ線を可視光に変換するように配置されている。検出器のデジタル出力は、上記のように、プロセッサ１５０又は画像処理システムに供給される。この様に構成されているので、回路板のコンポーネントピッチが広範囲に変化していても、実質的にあらゆるタイプの回路板に対して、視野、分解能、及びスループットが最適化される。画像化システムのこの独自のアプリケーション（即ち、全８画像を同時に見ること）により、検出器の位置変更を行う必要性がなくなり、これによりシステムの機械的複雑性が低減され（即ち、検流計ミラーシステムが不要になる）、システムの信頼性及び結果の再現性が向上し、システム全体のコストが下がる。このアプローチは、画像収集システムの機械的要件を簡素化し、動的ではなく静的なトレイン整列／キャリブレーションを可能とする。
【００３８】
別の実施形態では、検出器１３０は、例えばレンズ又は光ファイバー束を通してＣＣＤカメラにより見ることになるＣｓＩ結晶検出器でもよい。カメラのアナログ（又はデジタル）出力は、プロセッサ又は画像処理システムに送られ、そこで画像情報はビデオモニターなどの表示装置上の画像に形成される。こうして、高価で操舵可能なＸ線源のコストは回避され、システム全体のコストは下がる。
【００３９】
本発明の又別の実施形態は、デジタル補足のベースとして薄膜トランジスタアレイを被覆する非晶質セレニウム半導体Ｘ線吸収材で構成される平板検出器を採用している。このような検出器の一例は、デラウェア州ニューアークのダイレクト・ラジオグラフィー社から入手可能である。この検出器を使用すると、Ｘ線は非晶質セレニウムにより電荷に直接変換され、この電荷が電極のアレイにより集められる。この結果が、ビデオモニターで瞬時に見ることのできる、又は画像プロセッサに送ることのできるデジタル画像である。Ｘ線は電荷に直接変換されるので、光の散乱は回避され、画像鮮明度の劣化がなくなる。
【００４０】
図３に、本発明の又別の実施形態の原理を具現化する別のＸ線検査システム２００を示す。システム２００は、操舵可能Ｘ線源２１２及び検出器２３０を含んでいる。適した操舵可能Ｘ線源は、モデルＭＸＴ−１６０ＣＲであり、カリフォルニア州サンディエゴのニコレット・イメージング・システムズから入手可能である。このモデルは、スポットサイズが１０ミクロンで、操舵直径が７５ｍｍである。図１のシステムでは、画像化対象Ａ、Ｂ、及びＣは、検査面２２０にあるＸ−Ｙテーブル（図示せず）のようなサポート上に置かれる。
【００４１】
システム２００に使用される検出機２３０は、高分解能Ｘ線感知平面スクリーン検出器であるのが望ましい。このような検出器の例は、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）結晶検出器である。ＣｓＩ検出器は、ＣｓＩ製の平面スクリーンを備えている。適したＣｓＩ結晶検出器は、英国、ケント州マーゲートのヒルガー・クリスタルズから入手できる。ＣｓＩ結晶検出器の全体寸法は２５ｍｍ×２５ｍｍ乃至７５ｍｍ×７５ｍｍの範囲にある。この様なＣｓＩ結晶検出器を用いると、結晶内で３０−４０線対／ｍｍの分解能が得られる。
【００４２】
Ｘ線源２１２及び検出器２３０は、連続可変視野を可能とする独立した垂直駆動機構に取り付けてもよい。垂直駆動機構は、Ｘ線源２１２と画像化対象の間の距離Ｚ１及び画像化対象と検出器２３０の間の距離Ｚ２を変えるために使用される。システム２００では、距離Ｚ１は凡そ０．５”乃至３．０”の範囲にあり、距離Ｚ２は凡そ０．５”乃至３．０”の範囲にある。更に別の実施形態として、システムは、垂直駆動機構を備えていなくてもよく、Ｘ線源２１２と検出器２３０は、固定したＺ１及びＺ２の距離に配置してもよい。
【００４３】
更に、システム２００には、システム１００に使用されたものと同様の制御システムが設けられる。システム１００に関連する上記の機能に加えて、システム２００の制御システムは、電子線を所望の関心領域へ操舵する。
【００４４】
中心軸からずらしてＸ線ビームを操作することにより、偏軸画像が検出器２３０上に投射される。システム２００では、画像は順次捕捉される。例えば、Ｘ線源２１２は、Ｘ線を場所１から対象Ａに向けて投射し、検出器２３０上の位置１に対象Ａの偏軸画像を生成し、次にＸ線源２１２は場所５に移動し、検出器２３０上の位置５に対象Ｃの偏軸画像を得る。Ｘ線源２１２が位置変更され、対象の追加画像が得られる。これは、以下の説明からより良く理解されるであろう。断層合成にはもっと多くの画像が必要であるが、簡潔さを期し、説明は４つの画像だけについて行う。
【００４５】
図５に示すように、関心領域Ａが検査面の中央に配置され、Ｘ線がＸ線源２１２から投射されると、位置５に対応する領域Ｂの画像が得られ、次に位置３に対応する領域Ｄの画像が得られる。関心領域Ｂが検査面の中央に配置されると、位置１に対応する領域Ａの画像が得られ、次に位置５に対応する領域Ｃの画像が得られ、最後に、位置３に対応する領域Ｅの画像が得られる。残りの関心領域についても、定位置に配置されると、対応する画像が得られる。
【００４６】
検出器２３０の出力は、ＣＣＤカメラのようなカメラに供給される。カメラのアナログ（又はデジタル）出力は、プロセッサ又は画像処理システムに送られ、そこで画像情報は処理されて、表示装置又はビデオモニターで見ることのできる画像が作成される。
【００４７】
システム２００内の画像は、システム１００でのように同時にではなく順次捕捉されるので、実現されるスループット効果は大きくない。しかしながら、システム２００では、大型フォーマット検出器に頼ることが必要となる前に、より大きな偏軸角度（即ち、２５−３０度に比較して３０−３５度）が実現できる。大型フォーマット検出器の使用が回避されるので、システム全体のコストは低くなる。更には、システム２００では、検出器２３０上の画素全てを使って各画像が形成されるので、高分解能（即ち、単位面積当たり多くの画素）が得られる。ＰＣＢ構成要素及び構成要素のピッチが小さくなるにつれ、ＣｓＩ検出器がより良好な分解能を提供することから、このアプローチが必要とされる傾向にある。
【００４８】
システム１００及びシステム２００の捕捉方法で得られた画像を画像ステッチする場合、サポート、例えばＸ−Ｙテーブルの精度が１画素のサイズより劣るという事実を考慮に入れねばならない。例えば、サポートが３画素に対して正確である場合には、「視野内」起点なしでは、画像は＋／−３画素より高い精度には登録できない。この様に、これらの画像は、断層合成復元のために組み合わされると、不鮮明な断層合成スライスになってしまう。従って、各関心領域は、各画像を正しく整列させるために使用できる１つ又は複数の「視野内」起点を有するのが望ましい。例えば、形状認識アルゴリズムを採用して、４つの偏軸画像それぞれの中の同じ対象を同じものとして識別できるようにしてもよい。次に、この対象を使用して画像を整列し、サポートの機械的不正確さを取り除く。この整列は、画像を完全に再整列させるために、ｘ−ｙ整列と回転整列を含んでいるのが望ましい。従って、起点の形状にもよるが、１つ、２つ、又は３つの視野内起点が必要となる場合もある。
【００４９】
別の実施形態では、テーブル精度を１画素より小さくなるように改善するために、線形光学エンコーダをｘ−ｙテーブル上に配置する。しかしながら、この実施形態はシステム全体のコストを上げることになる。
【００５０】
関心領域の全てに存在する可能性の強い対象の一例として、「ビア」と呼ばれる円形の孔が挙げられる。先ず、印刷回路板用のＣＡＤデータを使用して、各画像内のビアを見つける。次に、各ビアの位置を、はんだ接合部や集積回路など他の近傍の対象と比較する。各ビアは、考えられる他の覆い隠す対象からの距離によりランク付けされる。例えば、他の対象からの距離が最も大きいビアには最高のランク割り当てられる。次に、Ｘ線画像が取得される。次に、ビアを正確に突き止めることができるか否かを判定するために、形状認識アルゴリズムが実行される。最も高い確率で突き止めることができるビアが、その印刷回路板用の最終検査リストに使用される。
【００５１】
適した形状認識アルゴリズムの一例は、ビア又は他の「視野内」起点の各一般的形状（例えば、円、四角形、三角形、ダイヤモンド、十字など）のテンプレートを使う自動相関技法である。このテンプレートを、「視野内」起点を含むＸ線画像内の実際の関心領域と比較する。領域内の各場所に対するテンプレートの適合度を含む相関マトリクスが生成される。相関度が一番高い点は、テンプレートが起点と最も適合している箇所である。この「視野内」起点は、次に別の偏軸画像内で発見されるが、次にこれを使って偏軸画像を共通点に対し整列させて、ｘ−ｙテーブルにより発生した微小な位置決めエラーを取り除く。
【００５２】
これとは別に、信頼できる「視野内」起点が関心領域内に見つけられない場合は、隣接する画像の間の重なりを頼りに、画像を互いに整列させることになる。例えば、検出器位置５に対応する領域Ａの画像と、検出器位置５に対応する領域Ｂの画像の隣り合った縁部で、形状認識アルゴリズムを使用して画像を互いに整列させる。
【００５３】
ある好適な実施形態によれば、試験対象の全体走査順序は、走査時間を最小化するよう最適化が図られる。走査最適化に関する挑戦は、２つの事実、つまり、（１）通常、「良好な」断層合成スライスを形成するには（上記の４つの画像に代わる）８つの偏軸画像が必要であり、（２）視野は、完全に一様なパターン上には配置できないこと、に関係がある。従って、ＰＣＢに対する視野の全体数を最小限にし、外側縁部上の視野の数を最小化するには、走査パターンの多変数最適化を行うことが望ましい。
【００５４】
以上、本発明を、幾つかの実施形態に関連付けて説明してきたが、本発明をこれら特定の実施形態に限定しようとする意図ではない旨理解頂きたい。反対に、本発明は、本発明の精神及び範囲に入る全ての代替例、変更、及び等価物を網羅するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
先行技術によるＸ線検査システムの略図である。
【図２】
図２は、本発明によるＸ線検査システムの１つの実施形態の略図である。
図２ａは、図２の実施形態の別の略図である。
【図３】
本発明によるＸ線検査システムの別の実施形態の略図である。
【図４】
印刷回路板上の画像化対称領域の図である。
【図５】
図４に類似しているが、更に、断層合成スライスを形成するのに必要な全ての偏軸画像を捕捉するためにＸ線ビームの中心線を配置しなければならない追加的位置を示した図である。
【図６】
本発明の実施形態による六角形走査パターンの図である。

Claims (34)

1. 複数の関心領域の偏軸Ｘ線画像を捕捉するための装置において、
   放射線のビームを発生させる放射線源と、
   複数の関心領域の少なくともサブセットをサポートする面と、
   前記複数の関心領域のサブセットを通過したビームの部分を同時に受け取るために配置されたＸ線検出器であって、前記ビームの受け取った部分から前記複数の関心領域のサブセット内の各関心領域の画像の電子的表示を作成するＸ線検出器と、を備え、
   前記放射線源、前記面、及び前記検出器の内の少なくとも１つは、前記関心領域を前記ビーム内に位置付けるよう移動可能となっている装置。
2. 関心領域の前記電子的表示は、前記検出器から、関心領域の画像へと処理するためのプロセッサに転送される、請求項１に記載の装置。
3. 結果として得られた前記画像は表示装置上で見ることができる、請求項２に記載の装置。
4. 関心領域の少なくとも２つのデジタル表示を組み合わせて断層合成画像を作成するためのプロセッサを更に備えている、請求項１に記載の装置。
5. 前記検出器は非晶質シリコンスクリーンを備えている、請求項１に記載の装置。
6. 前記検出器はヨウ化セシウムの被膜を更に備えている、請求項５に記載の装置。
7. 前記検出器はヨウ化セシウムスクリーンを備えている、請求項１に記載の装置。
8. 前記検出器は、ＣＣＤカメラに光画像を供給するレンズ又は光ファイバー束を更に含んでいる、請求項７に記載の装置。
9. 前記ＣＣＤカメラの出力は、関心領域の画像へと処理するためのプロセッサに供給される、請求項８に記載の装置。
10. 前記放射線源は非操舵可能Ｘ線源である、請求項１に記載の装置。
11. 前記サポート面は、前記関心領域を前記ビーム内に位置付けるために移動可能である、請求項１に記載の装置。
12. 前記放射線源及び前記検出器は、前記関心領域を前記ビーム内に位置付けるために移動可能である、請求項１に記載の装置。
13. 複数の関心領域について偏軸Ｘ線画像データを捕捉するための方法において、
    複数の関心領域を放射線のビーム内に、前記ビームの少なくとも一部は前記関心領域を通過するように配置する段階と、
    前記複数の関心領域について前記ビームの一部を同時に検出し、前記関心領域それぞれに対応する画像データを作成する段階と、
    前記複数の関心領域の位置を調整し、前記複数の関心領域の少なくともサブセットはビーム内に残るように調整する段階と、
    前記同時検出及び画像作成の段階を繰り返す段階と、
    前記関心領域の断層合成画像を生成するために、少なくとも１つの関心領域の画像データを組み合わせる段階と、から成る方法。
14. 前記組み合わせる段階は、各関心領域内の１つ又は複数の視野内起点を突き止めることにより、各領域の画像データを整列する段階から成る、請求項１３に記載の方法。
15. 前記組み合わせる段階は、前記複数の関心領域の位置を調整するためのサポートに関係付けられたエンコーダ出力をモニターすることにより、各領域の画像データを整列させる段階から成る、請求項１３に記載の方法。
16. 複数の関心領域の偏軸Ｘ線画像を捕捉するための装置において、
    ビームを発生させる非操舵可能放射線源と、
    複数の関心領域の少なくともサブセットをサポートする面と、
    前記サブセットを通過するビームの部分を受け取り、且つ前記サブセット内の各関心領域の画像の電子的表示を同時に作成するために配置された検出器と、を備え、
    前記放射線源、前記面、及び前記検出器の内の少なくとも１つは、前記関心領域を前記ビーム内に位置付けるよう移動可能となっている装置。
17. 前記サポートは、ｘ−ｙテーブルを備えている請求項１６に記載の装置。
18. 前記サポートは、前記ｘ−ｙテーブルに連結され、別々の画像を正しく組み合わせるために必要な位置精度を前記ｘ−ｙテーブルに提供するエンコーダを更に備えている、請求項１７に記載の装置。
19. 前記テーブルの前記位置精度は約＋／−２画素より良好である、請求項１８に記載の装置。
20. 前記放射線源及び前記検出器の内の少なくとも一方はｚ軸に沿って移動可能である、請求項１６に記載の装置。
21. 前記検出器は、前記ビームの受け取った部分を画像信号に変換する、請求項１６に記載の装置。
22. 前記画像信号は、前記検出器から、前記関心領域の画像へと処理するための画像処理システムに転送される、請求項２１に記載の装置。
23. 前記複数の関心領域をビーム内に位置付けることと、前記デジタル画像信号を前記関心領域の画像へと処理することと、を制御するためのプロセッサを更に備えている、請求項２２に記載の装置。
24. 結果として得られた前記画像は表示装置上で見ることができる、請求項２２に記載の装置。
25. 前記サポート面は、前記関心領域を前記ビーム内に位置付けるために移動可能である、請求項１６に記載の装置。
26. 試験対象の偏軸Ｘ線画像を捕捉するための装置において、
    垂直軸に直交する水平経路に沿って、それぞれに垂直軸からある角度に配置された多数の異なる位置から、操作可能な電子線を生成するためのＸ線源と、
    前記各位置からの、前記試験対象の少なくとも２つの関心領域を透過するＸ線を受け取り、前記関心領域に対応する捕捉された偏軸画像の電子的表示を作成するように配置された高分解能検出器と、を備えている装置。
27. 前記制御システムは、第２の電子ビームを、前記各位置で前記試験対象の第２の関心領域に向かわせる、請求項２６に記載の装置。
28. 一つの位置に対応する第１の関心領域の画像と、もう一つの位置に対応する第２の関心領域の画像は、順次捕捉される、請求項２６に記載の装置。
29. 前記検出器は、ヨウ化セシウム製のスクリーンを含んでいる、請求項２６に記載の装置。
30. 前記検出器は、更にカメラを含んでいる、請求項２６に記載の装置。
31. 複数の偏軸Ｘ線画像を、同時に捕捉するための方法において、
    少なくとも２つの関心領域を有する試験対象を検査面に配置する段階と、
    Ｘ線ビームが前記検査面を通る垂直軸に対して偏軸して向かうように、前記Ｘ線ビームを前記関心領域に向かわせる段階と、
    前記関心領域を透過するＸ線を検出器上で受け取る段階と、
    前記関心領域に対応する捕捉された偏軸画像の電子的表示を同時に作成する段階と、から成る方法。
32. 前記向かわせる段階は、非操舵可能放射線源からＸ線ビームを生成する段階を含んでいる、請求項３１に記載の方法。
33. 前記作成する段階は、各領域の各画像内に１つ又は複数の視野内起点を突き止めることにより、各関心領域の前記捕捉された偏軸画像を整列させる段階を更に備えている、請求項３１に記載の方法。
34. 複数の偏軸Ｘ線画像を捕捉する方法において、
    少なくとも２つの関心領域を有する試験対象を検査面に配置する段階と、
    垂直軸に直交する水平経路に沿う多数の異なる位置から操舵可能なＸ線ビームを生成する段階と、
    第１の関心領域に対してＸ線ビームを向かわせる段階と、
    前記第１の関心領域を透過するＸ線を検出器上で受け取る段階と、
    Ｘ線ビームを第２の関心領域に向かわせる段階と、
    前記第２の関心領域を透過するＸ線を前記検出器上で受け取る段階と、
    前記関心領域に対応する捕捉された偏軸画像の電子的表示を作成する段階と、から成る方法。

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