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23.Jul.2013

X-ray影像 穿透式X-Ray光管硬體差異介紹

在穿透式X-Ray的檢測系統中,光管X-Ray Tube是非常重要的硬體設備,會直接影響到樣品檢測的能力、檢測深度、分辨灰階的差異…等等,同時也和待測物的缺陷大小有直接關係,簡單的來說X-Ray Tube幾乎可以決定這台穿透式X-Ray的好壞,以下我們就針對X-Ray Tube項目來進行介紹:

一、 光管電壓、電流及功率         
  1. 光管電壓:光管電壓直接影響的是能否擊穿樣品,當然跟材料吸收特性以及厚度有關,一般來說元素週期表越往後所需要的電壓會越強,當然也是有例外的。
  2. 光管電流:光管電流會影響的是樣品成像的對比度,當兩個材料吸收特性很接近時,通常不容易分辨出來,這時候可以改變電流讓對比效果也就是灰階程度加強,這樣就更容易分辨出來。
  3. 光管功率:功率愈高在相同材料中的穿透深度越強,所以如果是一些比較大型的樣品通常需要比較高功率的設備進行檢測。
 
二、 光管類型         
目前市場上的光管X-Ray Tube大致分為,開放式光管(Open Tube) & 封閉式光管(Close Tube) ★開放式光管:光管的所有元件和易損件都可觸及並能方便替換。具一個渦輪分子泵(幫浦)不斷抽真空保持X射線管內的真空度。開放式管頭能夠提供較高的解析度和放大倍率,而且沒有壽命限制。
 
★封閉式光管:光管的所有組件都密封在真空容器中。封閉式X射線管無需維護,但在損壞時需要整體更換。

 
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  封閉式光管 開放式光管
光管電壓 無法長時間承受高電壓 可以長期承受高電壓
光管焦點 Microfocus Microfocus & Nanofocus
光管解析度 微米等級,一般>3μm 奈米等級,一般<3μm
焦物距 較遠 較近(最近可達0.3mm)
幾何放大倍率 十倍至百倍 千倍
系統放大倍率 百倍至千倍 千倍至萬倍
光管使用壽命 一般壽命約5000~8000小時 光管無使用壽命,僅需更換鎢絲
光管耗材 整支光管本身就是耗材 鎢絲平均壽命約250小時 (依使用狀況而定)
光管維護 客戶無法自行更換,須由工程師更換 客戶可自行更換鎢絲,方便快速
光管成本 較低 較高

三、 光管焦點        
光管的焦點大小會影響到的是【解析度的好與壞】,一般在考慮焦點大小的選擇時,主要就是在看需要分析的缺陷大小,或是要看到多小的樣品。例如:一般的電子產品主要就在看導通孔、PCB蝕刻狀況、SMT制程中的焊錫濕潤狀況,這些測式使用Microfocus即可,但若需要分析到像半導體制程這樣系小的零件以及缺陷,則需要使用到Nanofocus,所以如果光管的焦點越大,解析度就越差,反之焦點越小、解析度就越好。
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焦點的大小會直接影響到在檢測時成像的邊緣效應,當焦點越大邊緣效應會讓成像時的邊緣越模糊,導致無法明確地看出樣品的問題或是缺陷問題,如果改用小焦點就可以明顯改善這個問題,所以光管的焦點大小對於樣品測試非常重要。

四、 靶材的類型        
X-Ray的產生主要就是利用高壓產生器產生高速的電子去撞擊靶材,當高速電子撞擊到靶材產生停止後,這些動能會轉換成為約99%的熱能以及1%的X-Ray,所以靶材的類型對於不同的樣品也是有不一樣的效果。一般而言X-Ray的靶材分為「定向靶」和「透射靶」兩種。
  • 定向靶:主要應用在高功率的光管使用上,如:鍛造、鑄造….等等金屬工件類型的產品,這類的產品檢測都需要使用高功率的光管,才能完全的穿透比較厚的樣品。         
  • 透射靶:主要應用在高解析度的光管上,如:電子組裝、半導體、電路板…等等電子產業的產品;這些產品大部分都屬於比較小型的樣品或是需要看到非常微小的缺陷(半導體金線接合)。
 
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為什麼高功率要選擇定向把而非透射靶?原因在於當光管將電子束集中自靶材上,靶材會產生熱能(如同一開始的X-Ray原理),如果靶材選擇較薄的透射靶很容易靶材就損壞,因為熱無法有效的散出,所以需要使用比較厚的靶材再透過旋轉靶材讓熱不會集中在一個地方。         

以上大概是一般穿透式X-Ray Tube中的一些硬體特點和差異,最主要是­­­­­想讓大家對於穿透式X-Ray有更多的瞭解如果需要進一步分析或瞭解歡迎來電。
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