并不是所有的封装和互连缺陷都可以通过电路和功能测试来发现，X射线检测提供了一种判断和追踪工艺中缺陷及其产生原因的无损方法。

图1.X射线的穿透性。

　　　  自从伦琴在1896年发现了X射线辐射以来，X射线技术已经发展成功能强大的实用检测工具之一，即使是较为早期的X线检测技术（如X射线成像），它所获得的图像就非常直观，从来就没有人对该技术的生命力产生过质疑。
　　　  X射线是一种与可见光类似的电磁波，只是有着更短的波长和更高的能量。可见光由于具有较长的波长，它投射到大多数物体上会产生反射或是被材料吸收，而X射线的辐射特性将使它能够穿越固体材料中分子间的空隙。
　　　  低密度材料相对于高密度材料允许有更多的X射线通过（如图1），医生就是利用了这种现象来寻找骨折的部位，由于骨头比软组织的密度高得多，因而会在X射线图像上造成明显的阴影。同样的原理也可以应用在电子组装和封装的检测中，因为高密度材料如金属互连线等材料比有机封装材料的密度要高得多。
电压和X射线波长
　　　  X射线的波长范围为0.1埃到100埃之间，X射线辐射的波长越短，对固体材料的穿透性就越强。X射线系统的操作员可以通过设置X射线源的电压来控制其输出波长，电压越高，所产生X射线的波长就越短，其穿透能力就越强。
要检测含有高密度金属材料的组装件，一个具有高电压的X光源的系统是必需的。大多数用来检测电子封装和PCB 的X光系统其工作电压一般都在75到160千伏之间。

图2.光斑尺寸与图像模糊。

　　　  除了能通过改变X射线源的电压来控制波长以外，X线强度的控制是由调节X射线源的工作电流来实现，X射线源的工作电流越大，就会产生更多的具有X线能量的光子发射。
　　　  为了能获得一个清晰的X射线影像，就要求能在最佳的波长（或者说是电压）和电流间找到一个平衡点，使之既能在高密度材料和低密度材料间得到明显的反差，又能获得良好的图像亮度。
通常操作员会尝试通过设置X射线源电压来调节亮度，但这样做会导致图像对比度的下降。X射线源电压应该调整至具有所需穿透力的最低值，随后再采用调节X射线源功率的办法来达到所需要的亮度。

光斑尺寸
　　　  X射线源的另一个重要性能参数是光斑尺寸，光斑是指在阳极靶上产生X射线的区域，光斑越小，分辨率更好，其原因是它会产生所谓的半影模糊现象（图2）。
　　　  如果所有的X射线都是由一个点光源产生则不会产生图像模糊现象，但是由于X射线总是在一个有限大小的光斑区域产生，因而图像必然会有些模糊。
　　　  由于在工作时X线靶上也会产生很高的热量，光斑尺寸会受到所需施加功率的限制。如果太高的能量集中在一个很小的区域上，则工作时产生的热量就有可能损坏阳极靶。大多数系统会根据不同的功率（电压×电流）来调节光斑尺寸以保护靶，使其能达到使用寿命的最大化。

放大倍率 
　　　　X射线成像系统能够将被测样品放大很多倍。几何学上的放大倍率的定义为X光源与探测器之间距离和X光源与样品之间距离的比值。除了几何放大外，很多X射线成像系统还具有光学放大和数字放大功能，它们都有实用意义，但是会引起一定程度的图像质量损失。
　　　  要获得高放大倍率下的最佳分辨率需要高的几何放大倍率，这可以通过增加X光源和探测器之间的距离来达到。然而X光源-探测器距离过长会增加检测设备的尺寸，这通常是不现实的，因此最为有效的能达到高几何放大倍率的方法就是将样品尽可能地靠近X光源。
　　　  高放大倍率的代价是视场的损失，放大倍率越大，则视场就越小。对高放大倍率的需求来源于受人关注缺陷的性质，在半导体封装中对共晶键合的检测需要40倍的放大倍率， 引线键合的检测则需要超过200倍甚至达到400倍的放大倍率。在使用高放大倍率时，多重图像（或是感兴趣的多个区域）能同时进行观察是必需的，这对计算系统的处理能力上是个很重要的因素。 

图3.几何放大倍率。

常用的检测手段
　　　  现在已经有很多手段可以用来增强X射线的图像和提供额外的数据。帧成像的平均化方法可降低图像信号的噪声，从而能产生更为清晰的视频图像。采用各种不同的滤镜，比如说边缘滤镜，可用来在复杂的图像中突出显示细节变化。原始的X射线图像是黑白的，但可以通过添加假彩色或转换成三维透视图像来突出显示原来图像的中的各种差异。
　　　  拥有更强图像处理能力的系统还可以进行自动测量，其中最为有用的就是对封装中空洞的分析。具有一定体积的空洞缺陷是由包封塑料中的气泡或者由焊膏树脂的残留物造成。如果在两种材料表面间（如衬底和元件间）结合区域存在空洞，它的X射线图像会产生灰度的差异，自动空洞分析就能显示出这些空洞（具有相对较高灰度的区域），并能提供整个结合区和空洞区的数据，以及空洞面积与整个结合面积的比率。
　　　  球栅阵列BGA封装焊点的X射线检测经常用来监控整个生产过程。自动的BGA分析可提供与焊点相关的数据，如直径、面积、形状、空洞面积百分比和最大空洞的尺寸，这些数据可用来作为生产工艺的监控，能自动标识产品是通过还是失效。

图4. 标准图像与经
转换的3-D透视图像。

　　　  空洞和结合区域的分析（图5）可对封装工艺的控制提供有价值的反馈信息。过多的空洞说明了该结合区可能会在表面预处理、热学、机械以及冶金学上存在问题。作为封装工艺流程控制中一个组成部分，能揭示结合部存在的问题是十分重要的，因为在进行其它测试时可能将无法发现这种类型问题。结合部存在问题的后果则是一旦结合部受到强的电流、机械力或热负载作用会过早地失效。
　　　  对引线键合检测则是用来进行失效分析或作为工艺流程控制的一部分，一般是采用高的放大倍率来观察整个引线键合区。对键合引线冲丝现象的分析（图6）可对引线键合工艺以及注塑和包封工艺提供相应的反馈信息。

图5.空洞分析。

新技术
　　　  对光源的改进主要体现在对光斑的改进上，以得到更高的分辨率。对X射线探测器的改进可以获得更高的灵敏度和更清晰的图像。就是在最近，新型的数字探测器已经诞生，它的图像对比度有了巨大的提升。
　　　  最为常见的X射线探测器被称为图像强度器（image intensifier），它能将X射线能量转换成可见光。图像强度器的输出经一个透镜传输到CCD探测器上，CCD信号通常经数字化处理成为一个8位的灰度图像，具有256个灰度等级，这对计算机来说没有任何问题，但人眼只能辨别大约30到60个灰度等级。

图6.引线冲丝图像。

　　　  平板型数字探测器能够提供12位或16位的图像，这些图像被直接传送到系统的电脑，以避免产生透镜造成的损耗及电学耦合上的问题，最后产生的图像可具有4096个灰度等级甚至更多。
　　　  采用数字探测器的优点是可以获得更多的数据，在图像分析工具软件的帮助下对这些数据进行处理，可以更为明显地显示一些十分细微的变化，这在检测像陶瓷封装这样的样品时显得尤其重要，由于陶瓷封装的某些区域是很高密度的材料，而在其它区域则是低密度材料，这就需要对过大的图像反差进行压缩。