一、X射线无损检测原理
1895年，德国物理学家伦琴在研究高真空下放电现象时首次发现X射线（X-rays）。X射线是由原子的内层电子受激辐射产生的，是一种波长极短（0.01-10 nm），能量很大（124eV-124KeV）的电磁波，穿透力强。
图1 电磁波频谱
X射线除了能量高足以穿透被测物体，还可与物质发生光化作用，照射某些特殊物质发出可见光等，X射线的这些特性是应用于无损检测的基础。X射线无损检测的原理为：
图2 X射线无损检测示意图
X光机通过电子管产生电子束，电子束经过加速后获得高能状态，撞击靶材料（如金属钨等）。撞击过程中电子能量转化为X射线，产生X射线辐射。
X射线照射并穿透被检测物体，由于物体的材料性质差异（厚度、密度、组成成分、对X射线的吸收能力等），使得X射线穿透物体后发生不同强度的衰减。X射线穿透物体的衰减公式如下：
假设X射线穿透成分单一的物体，I0为X射线初始强度，穿过一段距离L后强度衰减为I，其中μ为该能量的X射线穿透物体的衰减系数，和物体的组成成分相关。
X射线信号检测：穿透物体的X射线需要使用探测器设备进行X射线强度及空间分布情况的检测，按照检测过程，X射线探测器可分为直接转换和间接转换探测器。直接转换探测器顾名思义，是直接将入射的X射线转换为可处理的电信号，主要包括非晶硒探测器和光子计数探测器。另一种间接转换探测器并不直接探测X射线，而是先通过探测器表面的闪烁体将X射线化为荧光等可见光。闪烁体是一种能吸收高能粒子或射线并发出光的材料，例如碘化铯CsI、硫氧化钆GdOS等。探测器再将这些光信号转化为电信号，完成X射线信号的检测。目前，以主流非晶硅TFT、CMOS等X射线平板探测器为代表的间接转换探测器是绝对的市场主流，占据平板探测器90%以上的市场份额。
信号处理与成像：探测器芯片输出的模拟电信号随后被放大并进行处理（降噪、去干扰、模数转换等），处理后的信号经过算法完成图像重建。根据信号的强度和分布情况，生成二维或三维图像，展现物体内部结构及组成成分。
X射线无损检测的整个过程，就如同给被测物体“拍片子”，可以第一时间发现有缺陷、裂纹或内部有异物等存在质量问题的产品，极大地提高了工业流水线作业的效率以及最终产品的良品率。
二、X射线无损检测的实际应用
工业应用
焊接质量检测：X射线无损检测是检验焊接质量的重要技术，能够检测焊缝中的缺陷，如裂纹、气孔等，确保焊接处牢固可靠。
图3 焊件检测
铸件和压力容器检测：X射线无损检测在传统工业中，已被广泛应用于铸件（汽车零部件、 一体化压铸成型车架、汽车轮毂、发动机、变速箱），压力容器（钢瓶、高压锅炉、石油天然气运输管道）等产品及其缺陷检测等方面，用于质量把控和安全评估。随着汽车和其他工业制造自动化的发展，未来对于铸件、焊件等工业产品的实时检测需求会进一步增加。
图4 铸件检测
锂电池检测
近年来，国内新能源汽车市场规模持续增加，但与之而来的是各种电车自燃事件的发生，引起消费者对于新能源汽车安全性的担忧。由于锂的化学性质非常活泼，作为电车动力来源的锂电池若存在质量问题，在汽车行驶过程中，加速度的变化、轻微碰撞挤压、高温等因素，将引发锂电池内部短路，造成电池爆燃。随着新能源汽车行业及高端消费类电子产品的高速发展，对于锂电池等各类新能源电池的在线式全检需求不断提升。因此，各类新能源电池的X射线检测已成为下线交付前的必备工序，X射线无损检测可检测电池电芯对齐度、极耳焊接质量以及电池隔膜完整性等，保证电池的安全性和可靠性。
图5 锂电池检测
航空航天
飞机和航天器零部件检测：飞机和航天器的安全非常重要，特别是对于航天器，在往返大气层过程中需面临极端环境的考验，对其结构强度和完整性提出了很高的要求。X射线无损检测可用于检测飞机和航天器零部件的质量问题，例如航空航天发动机、涡轮叶片、燃料存储罐和输送管道、返回舱、火箭外壳等关键部位，及时发现安全隐患，保障飞机乘客和航天员的生命安全。
图6 航空发动机检测
电子制造行业
在电子制造行业，X射线无损检测主要应用于电子元件连接和焊接检测、电子零部件封装检测、硅晶圆衬底检测、精密组件装配检测以及成品质量检测。通过X射线检测集成电路SOP、IGBT封装的引线有无断裂、形变,金属连线有无短路等；检查电子元件、PCB板的连接和焊接质量，芯片内部损坏情况；检查电子器件封装内部的气泡、结构完整性和引脚的偏移或损坏情况。总之，通过X射线无损检测，可以保证集成电路及电子产品的良品率、质量和可靠性，减少故障率并提高使用寿命。
图7 电子元器件检测
食品和制药
X射线无损检测可用于检测食品及药品包装内混入的异物、包装完整性等，保证食品药品的卫生安全。
图8 食品检测
建筑和土木工程
X射线无损检测可用于检测建筑物混凝土结构，例如：桥梁、隧道的内部情况，及时发现裂纹、裂缝等潜在安全隐患，用于评估建筑物的质量安全。
图9 混凝土建筑检测
三、非晶硅TFT和CMOS X射线平板探测器
非晶硅TFT和CMOS X射线平板探测器同属间接转换探测器，即使用闪烁体将X射线转换为可见光，再由下方的光电二极管阵列完成光电转换，实现X射线的探测。非晶硅TFT和CMOS X射线平板探测器的核心部件都是光电二极管阵列，不同的是CMOS探测器使用单晶硅制备光电二极管阵列，而非晶硅探测器以非晶硅（a-Si）为材料，采用薄膜晶体管工艺（TFT）制备。
CMOS探测器相较于非晶硅探测器，具有小像素、高帧率、高分辨率、低读出噪声和低图像拖尾等明显优势，满足高端制造业中对于X射线无损检测的高精度、快速成像需求。CMOS探测器与非晶硅探测器主要性能对比如表1所示
表1 CMOS探测器与非晶硅探测器主要性能对比
四、锐芯微supX1008 X射线CMOS平板探测器
锐芯微supX1008是一款高性能二维X射线 CMOS平板探测器，像素尺寸48um，最大分辨率2000 × 1504，探测器采用低噪声读出电路和高性能像素设计，满足X射线无损检测高精度的成像需求。该产品具有高分辨率、宽动态范围、低噪声和精细像素等优点，产品结构紧凑，易于集成，能适应多种工作环境。该产品及其模组被广泛应用于高端SMT、电池等产品的X射线成像无损检测中。锐芯微专注于高性能CMOS图像传感器芯片的创新研发与设计，通过十多年的技术积累，在supX1008系列产品上实现了以下技术突破：
1.行业最小48 um高性能小尺寸像素，全分辨率下最高30fps数据输出，为行业内分辨率最高的动态平板，有利于X射线无损检测设备的小型化发展；
2.全球首创将工业X射线CMOS平板探测器抗辐照能力提高至20000Gy以上，为常规CMOS工艺的10倍以上；
3.通过优化生产工艺，成本相较于国外产品下降30%以上。
图10 supX1008 X射线 CMOS平板探测器
supX1008 X射线 CMOS平板探测器特点：
48 um × 48 um高性能小尺寸像素
2000 × 1504高分辨率
低暗电流，低读出噪声设计
高DQE及MTF
线性模式/HDR模式兼容，单次曝光最高动态范围88 dB
最高30 FPS@Full Frame
ADC最高量化精度14 bit
抗辐照设计剂量20000Gy
支持2×2 binning
表2 supX1008 部分技术参数
五、更多锐芯微X射线CMOS平板探测器
图11 多款锐芯微X射线CMOS平板探测器
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