汽車電子，如何做到無損檢測？
作者:管理員 來源:島津 瀏覽: 發(fā)布時(shí)間:2021-03-16 14:27
現(xiàn)在，汽車上用于控制性能和安全的電子設(shè)備越來越多，例如，舒適的駕駛環(huán)境和越來越多的輔助駕駛功能都是通過電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。近年來，科技的發(fā)展促使安全方面的功能，如自動(dòng)駕駛和抑制誤啟動(dòng)功能進(jìn)化得愈加復(fù)雜，人們同時(shí)也在研究“如何不斷提高控制這些功能的電控設(shè)備的性能”。另外，對(duì)環(huán)境的保護(hù)，也要求提高燃料的燃燒效率，并希望根據(jù)行駛狀況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行最優(yōu)控制。這些控制可通過被稱為車載電腦或行車電腦的電子控制單元(ECU)實(shí)現(xiàn)。
汽車在行駛過程中一直處于振動(dòng)狀態(tài)，而且來自環(huán)境溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)和道路的熱量也會(huì)對(duì)電控部分產(chǎn)生影響，但它們?nèi)孕杈S持正常工作。汽車作為高可靠性交通工具，需要將包括ECU在內(nèi)的大部分電子部件封裝于保護(hù)殼中。由于無法直接從部件外觀進(jìn)行檢查，所以我們引入X射線設(shè)備進(jìn)行無損檢查。
我們將在本文中介紹使用X射線CT設(shè)備觀察ECU的例子。
汽車上會(huì)安裝各種傳感器以保證其在惡劣的環(huán)境下也能正常工作，ECU結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過讀取這些傳感器提供的信息，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率、掌握汽車姿態(tài)、工作溫度、輪胎氣壓等，控制車輛安全行駛。此外，為了實(shí)現(xiàn)更高的安全性和行駛性能，在控制上也使用了功能和性能更優(yōu)異的部件，為了節(jié)省這些部分所占空間，人們也在不斷提高零件的密度和基板層數(shù)。過去，從可靠性的角度看，使用的元器件只要能可靠工作，即使功能較弱也可接受。但近年來，越來越復(fù)雜的要求促使廠家使用性能更高、體積更小的器件，隨之而來的對(duì)基板焊接表面貼裝的要求也越來越高。人們不僅使用通電測試的專用檢查設(shè)備來確認(rèn)控制動(dòng)作是否正常，而且使用X射線透視設(shè)備評(píng)價(jià)使用條件變化后的可靠性�，F(xiàn)在的 X射線CT設(shè)備，可以進(jìn)一步提高評(píng)估的分析精度。
我們首先，使用微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus（以下簡稱inspeXio SMX-225CTFPD HR Plus）（圖1）拍攝整個(gè)ECU（圖2）的結(jié)果如圖3所示。
圖1 微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng) inspeXio™ SMX™-225CT FPD HR Plus
圖2 ECU外觀圖 圖3 ECU透視圖像
inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus配備了16英寸平板探測器，最大透視視野約為300×300毫米，可以一次拍攝ECU整體圖像。
提高放大倍率，可以更詳細(xì)地觀察零件內(nèi)部情況和焊接狀態(tài)。圖4是IC周圍的透視放大圖像，可以觀察到IC內(nèi)部的導(dǎo)線和焊點(diǎn)，進(jìn)一步放大焊點(diǎn)圖像，可以看到焊點(diǎn)處的氣泡（孔隙）（圖5）。
圖4 IC部分的透視圖像 圖5 ECU的透視圖像
圖6 ECU的MPR圖像
下一步，對(duì)整個(gè)ECU進(jìn)行CT掃描，MPR顯示如圖6所示。MPR（Multi Planer Reconstruction）是一種將拍攝的CT圖像放置在虛擬空間中并顯示任意截面圖像的功能，在CT圖像中，密度越高，圖像越亮，因此焊點(diǎn)，電子部件和基板布線看起來很亮。從整體圖像上可以看到是否有零件和焊料。
圖7 IC的放大VR圖像
通過使用三維軟件VGSTUDIO MAX（Volume Graphics GmbH），顯示VR（VolumeRendering）CT圖像，以更接近實(shí)物現(xiàn)狀的方式進(jìn)行觀察，還可以立體觀察部件和端子的彎曲以及基板背面是否有部件等。此外，還可以通過放大部分的CT圖像來檢查IC內(nèi)部的導(dǎo)線，每個(gè)端子和小部件的焊點(diǎn)（圖7）。
接下來，放大拍攝與汽車各接線連接的連接器部分，VR顯示的圖像如圖8所示。大多數(shù)端子為焊接，如果焊料內(nèi)部有空隙，受到振動(dòng)和熱膨脹的影響，空隙會(huì)相互連接，甚至?xí)l(fā)展成裂紋。
圖8 焊接部放大VR圖像
圖9 對(duì)焊接部內(nèi)部的氣泡進(jìn)行分析
通過VGSTUDIO MAX的可選功能，還可以可視化單個(gè)氣泡，并量化位置、體積和表面積（圖9）。除了檢查氣泡的情況外，還可以通過從各種數(shù)字化信息中識(shí)別缺陷的狀態(tài)并改變回流焊條件來提高制造效率，例如提高產(chǎn)量。
X射線CT設(shè)備不會(huì)破壞檢測產(chǎn)品，因此可以在被檢產(chǎn)品上進(jìn)行振動(dòng)測試和熱沖擊測試等循環(huán)測試，并觀察每個(gè)測試周期的內(nèi)部狀態(tài)過程，從而降低測試數(shù)量和各種測試設(shè)備的數(shù)量。因此，X射線CT設(shè)備有助于分析破壞的過程，并通過縮短開發(fā)時(shí)間和減少樣品數(shù)量來降低成本。
總結(jié)
使用inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus，可以在不拆卸產(chǎn)品的情況下觀察和分析產(chǎn)品。此外，由于可以改變制造條件并在測試前后進(jìn)行各種比較，因此它不僅可以用于制造過程，而且可以用于開發(fā)過程。
對(duì)于分析軟件，通過不同模塊實(shí)現(xiàn)各種分析功能，不僅可以檢測產(chǎn)品質(zhì)量，還可以通過分析改善制造工藝，并比較不同批次產(chǎn)品的差別。
工業(yè)CT，用不同于平常的方法從視覺角度描述產(chǎn)品的狀態(tài)。從宏觀到微觀，如何最大限度地發(fā)揮其作用，還有待我們進(jìn)一步地發(fā)掘。
