X射線檢查原理，同一強度的X射線穿透物質時，材料的密度及厚薄將影響吸收量

X射線是一種波長極短（0.001nm~10nm）、頻率很高（30PHz~30EHz）的電磁波（圖1所示）。

工業上應用的X射線波長約在0.012nm~0.005nm之間，穿透管電壓為100kV~250kV。X射線穿透物質的能力與射線光子能量有關，X射線的波長越短，光子的能量越大，穿透力越強；同時也與物質的密度及厚度有關（如圖2所示），同一強度的X射線穿透物質時，密度及厚度大吸收多，穿透少，顏色黑；密度及厚度小則吸收少，穿透多，顏色白。所以，當X射線穿透過被檢測物體時，物體中有缺陷的部位（如空洞、裂紋等）與無缺陷部位對X射線的吸收能力不同，通常是穿透過有缺陷部位的X射線強度高於無缺陷部位的X射線強度，所以可以通過檢測透過被檢物體後射線強度的差異，來判斷被檢物體中是否存在缺陷。

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X射線常見產生原理

有多種方式可以產生X射線，目前最常用的方式是通過高速運動的電子流轟擊金屬靶來獲得X射線，也是大多數X射線設備的基本原理。X射線由具有陰極和陽極的真空石英管構成，其內部典型形貌如圖3所示。

X射線管陰極，通電加熱到高溫後，鎢燈絲內部電子將逸出並形成電子云，在陽極和陰極之間的電壓差的作用下，向陽極靶（如鎢、鉬）運動，電子云被聚焦線圈聚焦，形成高速運動的電子束，電子束在高電壓作用下轟擊陽極金屬靶，產生電子能量。但絕大部分的能量（約99%）將轉化為熱能並通過陽極損失，而只有極少部分的能量轉化為X射線，產生效率較低。另外產生X射線的同時，將釋放出大量的熱能，所以通常在陽極金屬靶上安裝熱沉進行散熱，避免焦點出現散焦情況。

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X射線衰減規律

X射線強度的衰減，分為距離與物質兩種所致的衰減。距離引起的衰減，是指從X射線管焦點發出的X射線向空間四周輻射時，X射線強度的衰減與距離的平方成反比；而物質引起的衰減，是指X射線穿過物質時，由於X射線光子與構成物質發生光電效應和康普頓效應，由於散射（康普頓效應）和吸收（光電效應）的作用導致X射線強度衰減。

當強度為I的X射線，穿透厚度為dx的物質時發生相互作用後（如圖4所示），強度將會降低，減少量-dI正比於物質厚度dx與能量強度I的乘積，若μ

為X射線通過單位厚度時的衰減係數，則有：

X射線經過物質後的衰減是由吸收和散射組成，所以係數μ是這兩部分之和。但由於散射而引起的衰減遠小於吸收引起的衰減，所以通常稱μ為線吸收係數，而忽略散射的部分。另外，吸收係數也隨X射線能量增加而下降，因為X射線能量越高，其穿透性越強。

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X射線檢查微電子器件的應用限制

目前微電子器件中，通常用金、銅及鋁三種材料作為鍵合互聯。但經常會發現鋁材料的鍵合引線，在進行X射線檢查時較難觀察得到，尤其是小線徑的鋁鍵合引線更是如此，這是因為低原子量的物質吸收X射線的能力有限。根據元素周期表可知，硅（14號元素）之前的元素幾乎不吸收X射線能量，所以鋁（13號

元素）也是極低吸收X射線能量，導致X射線穿透過多，圖像發白難以觀察。而重金屬吸收能量較強，金（79號元素）元素比銅（29號元素）密度高，X射線吸收能力較強，所以金鍵合引線的X射線圖像較銅鍵合引線黑白對比度較高，容易觀察形貌，典型三種的材料X射線檢查圖像見圖5~圖7所示。

另外，由於目前X射線檢測設備的強度感應器製造技術限制，當兩個部位的X射線強度小於2%時（如缺陷很小時），X射線照片成像相同。

Tips：1895年德國物理學家倫琴(W.C.Rontgen)發現了X射線，初步研究了其性質，於1901年成為了世界上第一位諾貝爾獎獲得者。

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