利用不带目镜的显微镜对印刷电路板及其总成进行质量控制（QC）、故障分析以及研发——图像直接显示在显示器上

十多年来，数码显微镜被广泛用于电子行业的质量控制和保证（QC/QA）、故障分析（FA）以及研发（R&D），尤其是在印刷电路板（PCB）以及印刷电路板总成（PCBA）方面。数码显微镜有助于提高QC、FA以及研发工作流程的效率。本文阐释了徕卡数码显微镜DVM6的性能优势，例如简单直观的操作系统、快速简单的放大倍率切换方式，并且可以通过编码准确调取参数。

 

为何要使用数码显微镜检查PCB/PCBA？

数码显微镜是无目镜观察的光学显微镜；用户直接在电子显示器上观察图像[1]。数码显微镜为用户提供了一种简单、快捷的方式，获取清晰、可靠的图像数据，并对印刷电路板及其总成进行快速检查和分析[2,3].这里展示了DVM6这类数码显微镜如何帮助让电子零部件的质量控制和保证（QC/QA）、故障分析（FA）以及研发（R&D）工作更加可靠和有效。

 

数码显微镜如何协助实现可靠的分析流程并提升工作效率？

DVM6数码显微镜拥有多种强大功能，不仅使用方便，还能提升QC、FA以及研发工作的效率：

• 用于显微镜操作和数据分析的软件非常直观；
• 支持有效、简单地变更整个范围内的放大倍率（12×到2,350×）;
• 编码重要参数（自动跟踪与存储），例如载物台、光学、照明及摄像头设置，以便随时快速调用；
• 镜头倾斜及样品旋转方便快捷；
• 集成LED（发光二极管）环形灯与同轴照明，可呈现多种对比度；
• 高性能数码摄像头，能以10 MP的分辨率快速捕捉实时图像；
• 软件启用/支持捕获模式，例如XY和XYZ拼接，高动态范围（HDR）图像等。

本报告阐述了上述前3项功能如何使工作更快捷、更可靠。

 

快速、简单地设置与启动

只需将一根电源线和一根USB线连接到搭载Leica Application Suite X（LAS X）软件的电脑上，即可开始操作DVM6数码显微镜。物镜安装好后，DVM6就可以帮助用户执行QC/QA，FA以及研发工作了。其至大工作距离为60毫米，样品台的移动范围为70×50毫米，至大样品重量为2公斤。

下面是一张DVM6的照片，其载物台上放有一块PCBA（印刷电路板总成）。此外还有一张PCBA照片，以及其中某个区域的低倍率DVM6图像。

图1：DVM6数码显微镜，载物台上是PCBA样品。

图2：PCBA样品。



图3：低倍物镜下DVM6拍摄的PCBA样品的局部区域图像。

 

用直观软件进行测量、分析和操作

为使数码显微镜能够快速、可靠地完成QC、FA与研发工作流程，一款直观的软件必不可少：该软件需要具备众多显微镜控制功能，能够便捷、灵活地获取图像，并且可以进行样品分析。DVM6的配套软件LAS X便是一款这样的产品，它能为使用同一台显微镜的多位用户存储多个用户配置文件。用户可以利用LAS X的Z-堆栈功能，在定义的Z范围内，将样品特征或完整样品记录到各种焦面上。景深拓展（EDOF）模式提供多焦点图像，且无需设置初始或末端水平。Z-堆栈和EDOF均支持快速创建并分析样本的三维地形表面[4]。

此外，用户可以使用LAS X软件为大型XY扫描选择不同模式，如“标记和查找”、“平铺扫描”及“螺旋扫描”。对于XY（2D图像）、Z（3D图像）和XYZ（扩展区域上的3D图像），“实时图像生成器”的交互模式也可以使用。

使用LAS X分析3D样本的示例如下，其中用到了PCBA（印刷电路板总成）和SMD（表面贴装器件）混合样本，并介绍了如何“单击即可生成报告”。

用直观软件进行测量、分析和操作

为使数码显微镜能够快速、可靠地完成QC、FA与研发工作流程，一款直观的软件必不可少：该软件需要具备众多显微镜控制功能，能够便捷、灵活地获取图像，并且可以进行样品分析。DVM6的配套软件LAS X便是一款这样的产品，它能为使用同一台显微镜的多位用户存储多个用户配置文件。用户可以利用LAS X的Z-堆栈功能，在定义的Z范围内，将样品特征或完整样品记录到各种焦面上。景深拓展（EDOF）模式提供多焦点图像，且无需设置初始或末端水平。Z-堆栈和EDOF均支持快速创建并分析样本的三维地形表面[4]。

此外，用户可以使用LAS X软件为大型XY扫描选择不同模式，如“标记和查找”、“平铺扫描”及“螺旋扫描”。对于XY（2D图像）、Z（3D图像）和XYZ（扩展区域上的3D图像），“实时图像生成器”的交互模式也可以使用。

使用LAS X分析3D样本的示例如下，其中用到了PCBA（印刷电路板总成）和SMD（表面贴装器件）混合样本，并介绍了如何“单击即可生成报告”。

用直观软件进行测量、分析和操作

为使数码显微镜能够快速、可靠地完成QC、FA与研发工作流程，一款直观的软件必不可少：该软件需要具备众多显微镜控制功能，能够便捷、灵活地获取图像，并且可以进行样品分析。DVM6的配套软件LAS X便是一款这样的产品，它能为使用同一台显微镜的多位用户存储多个用户配置文件。用户可以利用LAS X的Z-堆栈功能，在定义的Z范围内，将样品特征或完整样品记录到各种焦面上。景深拓展（EDOF）模式提供多焦点图像，且无需设置初始或末端水平。Z-堆栈和EDOF均支持快速创建并分析样本的三维地形表面[4]。

此外，用户可以使用LAS X软件为大型XY扫描选择不同模式，如“标记和查找”、“平铺扫描”及“螺旋扫描”。对于XY（2D图像）、Z（3D图像）和XYZ（扩展区域上的3D图像），“实时图像生成器”的交互模式也可以使用。

使用LAS X分析3D样本的示例如下，其中用到了PCBA（印刷电路板总成）和SMD（表面贴装器件）混合样本，并介绍了如何“单击即可生成报告”。

图4：PCBA的三维图像可显示集成电路（IC）芯片和焊点；图像由搭载LAS X的DVM6采用EDOF功能拍摄。另请参见以下带彩色Z标度的相同图像。



图5：与图4中的相同三维图像，带有彩色Z刻度。



 

图6：PCBA部分区域的二维图像，显示了一个电容器和一小块IC芯片。由DVM6借助EDOF功能拍摄。以下为该PCBA区域的三维图像。

图7：图6显示了上方PCBA相同区域的三维图像。



图8：带晶体管或二极管的SMD混合电路部分的二维图像由DVM6借助EDOF功能拍摄。



图9：图8显示了上述SMD部分的三维图像。已测得轮廓、扫描帧数的高度、体积等数据。



 

图10：PCBA部分区域的二维图像，显示了一个电容器和一块IC芯片。由DVM6借助EDOF功能拍摄。以下为该PCB区域的三维图像。

 

图11：图10显示了上述PCB区域的三维图像。已测得面积、体积、扫描帧数的高度、长度等数据。点击 "导出"（黄色方框标示），即可创建excel格式的文件报告。

图12：报告根据测量结果创建：excel摘要表显示报告第一页，PCBA区域的二维图像。



图13：报告根据测量结果创建：excel图像选项卡显示测试结果，以及PCBA区域的三维图像。

快速变更大范围的放大倍率
DVM6的物镜在仪器运行期间可以实现便捷更换，基本无需增加工作流程。这段视频展示了物镜的便捷切换操作。[5]
共3个平面复消色差（红、绿、蓝波长色度校正及视野平面度校正）物镜（低、中、高倍）可供选择。还有16:1的集成变焦光学元件，用户可以借此实现从12×到2,350×的总放大倍率值（根据ISO/DIN 18221标准，推荐使用对角27英寸（69厘米）的显示器）[6].变焦光学元件分别与低、中、高放大倍率的物镜协同工作，从而在整个范围内持续变更放大倍率。
请注意，数码显微镜的至终放大倍率取决于图像显示器的尺寸[6]。如上所述，建议为DVM6配套对角27英寸（69厘米）的显示器。下图为DVM6在低、中、高放大倍率下，分别使用低、中、高物镜采集到的电子传感器图像。

图14：DVM6采集的电子传感器图像：低放大倍率范围（低物镜）。

图15：DVM6采集的电子传感器图像：中放大倍率范围（中物镜）。


图16：DVM6采集的电子传感器图像：高放大倍率范围（高物镜）。
 

 

 

 

 

编码参数

 

图17：DVM6的LAS X操作面板。对物镜、变焦光学元件、显微镜头倾斜角度（5°）和载物台旋转角度（20°）的总放大倍率（19×，<2.00>是变焦因子）进行编码。右下角也会显示相同参数。


图18：上述LAS X面板的右下角。视场（FOV）或物场也可编码（物镜和变焦光学元件）。
 

 

 

 

 

结论