如今的微型电子元件以及这些元件到PCB的连接 变得越来越复杂，这主要是由以下几个原因造 成的：较小的元件尺寸，更多的互连，三位堆 叠封装等。这些要求反过来向我们提出了开发先进检测技 术的需求。当对不可视的互连，或器件内部结构进行评估 时，光学检测将无能为力。尽管X光检查被用在许多此类检 测中，然而传统的X光检测系统还是会由于需求的上升而受 到限制。此外，使用多种不同的材料也对X射线探测器，在 对比度和分辨率上都提出了新的要求。这一切导致越来越 多地需要使用平板X射线探测器（FPD），结合其先进的操作特性去解决这些问题。
图像增强系统
多年来，实时X射线成像系统通常借助电视摄像设备接 收X射线到可见光摄像机上——图像增强器（图1）。这些 单元都是可靠且易于使用的，而且价格相对低廉，并能提 供良好快速的图像，尤其是在配备了更大动态范围CCD相机。
其他性质的图像增强器，效果并不理想。这是由于高 度真空的管体中填充的是球形的荧光粉，它需要承受巨大 的外部大气压力。电子束从弧形阴极加速穿过物体后轰击 在平板上的荧光粉表面，结果形成一个变形的图像，这就是通常所说的针形失真（图2） 。
上述现象导致在较大FOV图像中，图像的边缘部分相 对于中心区域有10～15%的距离测量误差。由于静电磁力线与地球磁场的相互影响，会造成短暂的“ S ”型扭曲现象，这在使用计算机重建断层扫描三维图像时会产生问题。由于光线偏离输出荧光粉的接收器，在图像的外圈光线强度损失形成阴影，这使得输出图像的轮廓变得不均匀（图2 ） 。
有哪些办法可以突破这些限制呢？其中一项技术就 是上世纪90年代在医疗部门被广泛运用的数字平板检测技 术。在这之后，该项技术迅速在非破坏材料检测领域得到 推广。他们随后优化了这项技术，以满足高水平的动态性 能要求。
平板探测器：薄膜晶体管阵列
目前，一些基于非晶硅薄膜晶体管（TFT）阵列的检测 技术已经得到了发展。这些以非晶硅 (a-Si）薄膜晶体管阵列为代表的技术研究和实际应用出现在20世纪80年代末，主要是在紧凑的笔记本电脑显示屏。到了90年代中期，生产X射线探测器的可行性研究表明，同样的技术可运用于获取二维（平面）投影的X射线图像，以及随后出现的“实时”透视技术（图3）。该技术目前已推广到主流的实际应用中，包括X光透视及萤光透视，并且也用于工业X射线检测系统。
最成功和最广泛使用的探测器被称为“间接”探测器。这些探测器是基于非晶硅薄膜晶体管/光电二极管阵列耦合X射线闪烁体的信号。最基本X射线转换原理如图4所示。
和标准的荧光透视法一样，在平板成像中最常见的 发光接收器（闪烁体）也是采用钆硫氧化物和铯碘（碘化 铯）。间接FPD技术的成功源于一个事实，即非晶硅和发光 接收器技术被充分理解和经过了数十年的研究。对于间接 数字X射线成像系统，X射线管发出一束X光穿过被测物，光 线打到一层感光材料上并把它转化为可见光光子。这些光子然后击打到光电二极管上发射出电子，电子激活一层非 晶硅上的像素。激活的像素形成电子数据，计算机可以依 靠这些数据生成高质量的被测物的图像，然后显示在电脑 显示器上（图5）。如今的FPDs能够产生高达每秒30帧的 图像 ，因此非常适合用于实时成像和计算机快速断层扫描 技术上。
平面检测器的优势
平板探测器最明显的优点在于它们的尺寸和重量。一 个平板探测器只占不到整个体积15～25％，重量不到图像 增强器的60％。更为积极的是除产生方形的像素外还防止 了图像的几何失真和阴影。其他优势包括图像有大范围的 灰阶层次、更高的分辨率和高信噪比，从而有很好的细节 探测能力；高动态检测范围可以使得每幅图像中的材料厚 度允许有较大的跨度；以及在每次检查项目只需要设定一 个X射线参数就足够了。表1是图像增强器和平板检测器之间的性能比较。
集成FPD技术的X射线检测系统
高性能的成像技术可以为在微距X-RAY检测中探测和 分析稍纵即逝的隐藏细节提供依据。在微距X射线检测中整 合和利用平板探测器，开辟了新应用的可能性。由于体积 小和重量轻，以及先进的操作概念，可能使开发者和用户 都能获益。
传统的微距X射线系统采用单一的放大轴，靠移动X射 线管或样品来获得放大倍数。这使得X射线管到探测器的 距离增加，从而降低X射线到达探测器的强度，因为很多 从X光管发射到样品的电子在运动过程中被空气吸收了。此 外，当X光管到探测器距离改变时还需要不断修改X射线的 参数。新的YXLON解决方案配备了2个放大轴。该X射线管 和探测器可单独或联合改变放大倍数及强度。当X光管到探 测器距离的固定时，可以在不改变照射强度的情况下增加 放大倍数（图6）。这一点很重要，因为这使得操作更加方便，用户无需改变X -射线的参数，即可改变放大倍率。
图7比较了在YXLON检测系统中使用的变焦技术和在传 统系统中使用的技术在检测电路板、QFP器件及它的两个引脚时获得的不同的放大倍数。
总结
随着业界生产向更小，更复杂的元器件和PCB工艺发 展，检测需求面临着更大的挑战。新的平板X射线探测器技术 再加上其先进的操纵系统，可以为客户提供一个清晰的图像 来显示隐藏的器件和缺陷，从而可以应对这些挑战。
参考资料
[1] Seibert AJ (2006) Flat-panel detectors, how much better are they? Pediatr. Radiol. 2006 September; 36(Suppl. 2): pp 173-181.
关于作者
Friedhelm W Maur 是Feinfocus YXLON国际上海办事处的销售经理。Friedhelm拥有超过20年的微距焦X射线检查经验。他的联络方式是：friedhelm.maur@yxlon.com.cn。
[2] Flat Panel Imaging, Varian medical systems “Paxscan” Technology & Products information.
[3] Padovani R (2006) Basic Principle of Digital Flat Panels, SENTINEL Workshop, Trier
