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X射线检测可以用于焊点内部缺陷检测、通孔内部缺陷检测、BGA/CSP缺陷焊点定位、PCB缺陷定位（短路、开路）、器件内部结构分析（键合失效）。
X射线也用于BGA焊接质量及缺陷焊点的检测。一般的X射线检测系统都能探测到BGA焊点的桥接、枕头效应（Head in Pillow或Head on Pillow，简称HiP或HoP）、空洞、焊料不足和焊料过多等缺陷，也能检测到焊球缺失、偏移以及封装爆米花等工艺缺陷。除了缺陷探测，X射线还能提供焊料体积和焊点形状的趋势分析，它也是发现BGA焊点空洞唯一的非破坏性方法，但是它检测不出裂缝。
图4-3所示为X射线检测设备的工作原理示意图。某些设备的射线管在试样下方或与试样成某个夹角。X射线检测已成为对焊点评估和分析的公认工具，并用作再流焊工艺的监控。掌握下面的知识可以更好地使用X射线检验技术。
图4-3 X射线检测设备的工作原理示意图
（1）X射线图像采集原理。
（2）X射线图像分析（基于再流焊工艺原理）。
使用X射线需要注意对易受损害材料或元器件的过度曝光。图4-4展示了BGA焊球缺失和焊点空洞X射线图像的特征。
图4-4 BGA焊球缺失和焊点空洞X射线图像的特征
BGA焊点X射线检测采用的是实时X射线系统。该系统使用了一个X射线源，以及一个将不可见的X射线图像转化为视频播放信号的X射线探测器，它可以提供样品的即时成像结果。
可用的X射线源电压范围很宽，对于BGA的检测并没有具体的电压规定。所需的电压取决于所使用的特定X射线系统的灵敏度和待测BGA的结构与性能。例如，对带有铜散热器的BGA，需要比P-BGA或CBGA更高的穿透电压。而带有铝散热器的BGA，不需要较高的电压，因为铝属于低密度材料，相比于铜更能让X射线穿透。
现今市场上针对BGA和CSP应用的X射线检查系统大致可以分为2D系统和3D系统两大类，而2D系统又有传统2D系统和倾斜2D系统两小类，如图4-5所示。由于X射线系统比较昂贵且效率较低，所以较少在线使用，主要用于抽样检测和工艺分析。
图4-5 X射线系统
图4-5 X射线系统（续）
2D X射线系统，也称为透射式X射线检测系统。其检测原理是将X射线穿透被测样品并投射到放在X源另一面的X射线检测器上。利用焊点金属密度的差异对X射线的不同衰减，形成不同灰度的影像来判断焊点缺陷的系统。其不足之处是同时显示PCBA两面的所有焊点，对于在同一位置两面都有焊点的情况，这些焊锡形成的阴影会重叠起来，分不清是哪个面。如果有缺陷，也分不清是哪个层的问题，无法满足精确定位的要求。
倾斜2D X射线系统是通过倾斜样品来观察第三维的方法，以获取更多的信息。它通过功率、解析度和倾斜角的合理组合，几乎可以展现凸点或柱状焊点的所有特征和可能缺陷。图4-6所示图像是一幅典型的倾斜2D X射线图像，我们可以据此判断焊点是否开焊。
图4-6 倾斜2D-X射线图像
3D X射线系统，也称为断层剖面X射线检测系统，它利用一系列的二维影像重建影像信息以产生某一切面的影像。它可以对PCB两面所有元器件的焊点进行精确的对比分析，从而判断出有缺陷的焊点。
最著名的3D X射线系统就是HP 5DX，其工作原理如图4-5（c）所示。在工作时，由位于设备上端的一个X射线管斜着射出X光线，并以760转/秒的速度高速旋转，同时在下面有一个以同样速度旋转的X光接收器。X光在光源与接收器平台之间的某一位置上聚集，出现一个聚集平面，聚集平面上的物体或图像会在接收器平台上形成一个清晰的图像，不在聚集平面上的物体或图像则在接收器平台上被消除。通过它可以把焊接球分层，产生断层照相的效果。
在使用X射线分析时，首先需要了解以下几点，这有助于对BGA焊点X射线图像的解析。
（1）确认焊球是可塌陷的还是非塌陷的，这可以通过工艺了解。
（2）确认再流焊接峰值温度是否足够，并实现BGA焊点的两次塌落与完全对准。
（3）再流焊过程中BGA封装是否出现了某种程度上的物理变形。
对BGA焊点进行X射线图像的解析是基于对工艺原理的理解。举例来讲，如果个别焊点比大多数焊点的直径要小（图4-7），说明焊料体积不足，这通常与焊膏漏印有关；如果个别焊点比大多数焊点稍大，可能因为焊盘被污染，没有被润湿；如果斜视图形有两个明显的椭圆形堆叠，则一般是枕头效应的焊点，如图4-8所示；如果焊点中有灰度特别浅的圆形，就是空洞。
图4-7 焊膏漏印或转移率很低（少锡）时的X射线图形特征
图4-8 典型的枕头效应焊点X射线图形特征
X射线透视检测通常应用在下列情况。
1.BGA、CSP焊接工艺质量分析
面阵列器件，如BGA、μBGA（CSP）在再流焊接时，由于封装体的重力和表面张力的共同作用，通常会经历两个阶段的塌落过程。第一阶段发生在焊球接近和通过其熔点温度时，焊球经受一次垂直跌落，直径开始增大。由于热量不够，此时焊球的表面粗糙、无光泽。当温度继续升高，焊球达到最高温度时，产生第二阶段的塌落。此时，焊球变得更加扁平，直径达到最大，焊球表面呈现平滑和光亮的结构。
如果封装或PCB发生变形，那么焊球塌落时受压的焊点直径会比较大，而不受压的焊点直径则比较小。典型的案例就是BGA受潮，焊接时发生“爆米花”现象，这使BGA封装中间的焊点直径往往比边缘处的焊点直径大一些。
总之，不同的工艺条件会形成不同的焊点形态，而不同的焊点形态其X射线图像也不同，据此我们可以对BGA、CSP的焊接质量进行分析与评判。
合格的BGA、CSP焊点X射线影像图应该是焊点为正圆形、边界清晰、尺寸大小近似、灰度相同。
2.BGA、CSP缺陷焊点定位
BGA焊接的典型缺陷焊点包括桥连、枕头效应、焊球丢失、空洞、无润湿开焊和焊点边缘模糊，这些都可以通过X射线系统进行检测。下面列举的几幅X射线图像是BGA、CSP典型的几种缺陷影像图。图4-9（a）是一张倾斜拍摄的BGA X射线照片，其中正常焊点的影像为圆柱形，开焊焊点的影像为圆形（方框所标示的焊点）；图4-9（b）是一张BGA焊点桥连影像图；图4-9（c）是一张焊球缺点的影像图；图4-9（d）是一张空洞焊点影像图。
图4-9 BGA、CSP典型缺陷X射线图像
利用倾斜X射线可以检测出BGA焊点的空洞、桥连、移位、焊料不足、焊料球、枕头效应（球窝缺陷）等，而3D X射线系统除了虚焊不能检测，几乎能有效地检测BGA其他所有缺陷。通过3D X射线系统重组的切片图还可以检测焊点的下列物理量。
（1）焊点的中心位置，以此判断BGA在焊盘上的移位情况。
（2）焊点的直径，它反映了BGA焊点的焊料量与标准焊料量相比的相对量，可以反映焊点的共面情况。
（3）通过与焊点中心轴同轴的数个圆环各自的焊料厚度及其变化率，可判定焊点中焊料的分布情况和润湿情况。
（4）焊点相对于已知圆度的圆形形状误差，可判断焊点焊料分布的均匀性。
（5）焊点内部缺陷检查。
焊点内部缺陷可以根据焊点影像图的灰度进行评判。图像越深，焊料越厚，图像越浅，焊料越薄。