CN102183542B - 采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统 - Google Patents

Abstract

采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统，属于印刷电路板的焊点虚焊检测技术领域。它解决了现有检测技术对外观正常，又有电气连接的虚焊焊点无法识别的问题。它将XY旋转载物台设置在系统平台上，光学显微摄像机和红外热像仪位于XY旋转载物台的正上方，红外激光器位于XY旋转载物台的侧上方，载物台驱动控制器的位移信号输出端连接XY旋转载物台的位移信号输入端，红外激光器的控制信号输入端连接激光器控制器的控制信号输出端，光学显微摄像机的图像信号输出端连接计算机的图像信号输入端，红外热像仪的采集信号输出端连接计算机的热像仪信号输入端。本发明用于电路板焊点可靠性的检测。

Description

采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统

技术领域

本发明涉及一种采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统，属于印刷电路板的焊点虚焊检测技术领域。

背景技术

焊点虚焊是印刷电路板PCB生产过程中的常见问题，由于产生焊点虚焊的因素十分复杂，无法做到在生产工艺上将其完全去除，因此，对虚焊焊点的检测至关重要。目前主要采用的虚焊焊点的检测方式有自动光学检测(AOI)、自动X射线检测(AXI)和飞针测试。

自动光学检测(AOI)法通过CCD照相机抓取电路板元件表面的贴装图像，然后经过软件进行图像处理，将待测焊点的参数与数据库中已知合格的参数进行比较，从而判断该焊点有无缺陷。这种方法的程序设计繁琐，编程调试时间长，误判、漏判率高。

自动X射线检测(AXI)法使用的自动X射线检测仪有两种：一种是直射式X射线检测仪，另一种是断层剖面X射线检测仪，直射式X射线检测仪的价格低廉，但无法进行焊料不足、气孔及虚焊等缺陷的检测；断层剖面X射线检测仪通过在同一焊点的不同处取“水平切片”，然后对这些“切片”进行处理，最后得到该焊点的三维检测结果。这种检测仪适合检测开路、焊料不足、气孔、移位等缺陷，但是它的价格昂贵，操作复杂，效率低，并且对裂纹及冷焊缺陷无法检测。

飞针测试是利用PCB的电原理图来检测，它通过测试电路板上的每个电子元件，来找出电子元件的次品、误贴装、极性错误、焊点短路、未连接、虚焊等，这种测试方法适合大批量检测，测试所使用的装置价格昂贵，操作复杂，并且只能检测彻底断路的虚焊焊点。

电路板上的焊点的缺陷种类很多，常见的SMT焊点缺陷有：错焊、漏焊、虚焊、冷焊、桥梁、脱焊、焊点剥离、不润湿焊点、锡球、拉尖、孔洞、焊料爬越、过热焊点、不饱和焊点、过量焊点、助焊剂剩余、裂纹和焊角剥离等。

上述的检测技术不能实现对所有类型的焊点缺陷进行检测，例如一些冷焊、局部润湿不良、油污氧化等焊点，其外观正常，又有电气连接，对这类焊点缺陷的检测成为世界性难题。

目前自动光学检测机和自动射线检测机主要应用于大批量的民品生产线上，以减轻工人劳动强度，提高生产效率。基于其工作原理和现有技术，在航空航天及军工等对产品可靠性有极高要求的领域，现有检测系统均无法满足检测要求，因此迫切需要一种能对焊点虚焊作出可靠性检测的技术和仪器。

发明内容

本发明的目的是解决现有检测技术对外观正常，又有电气连接的虚焊焊点无法识别的问题，提供一种采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统。

本发明系统包括系统平台、XY旋转载物台、载物台驱动控制器、红外激光器、激光器控制器、光学显微摄像机、红外热像仪和计算机，

XY旋转载物台设置在系统平台上，

光学显微摄像机和红外热像仪位于XY旋转载物台的正上方，红外激光器位于XY旋转载物台的侧上方，光学显微摄像机、红外热像仪和红外激光器均固定于系统平台的支架上，

载物台驱动控制器的位移信号输出端连接XY旋转载物台的位移信号输入端，

红外激光器的控制信号输入端连接激光器控制器的控制信号输出端，

光学显微摄像机的图像信号输出端连接计算机的图像信号输入端，

红外热像仪的采集信号输出端连接计算机的热像仪信号输入端。

本发明的优点是：本发明系统目的的实现，采用了热传导及热阻定律。任何一种虚焊焊点，都表现为界面连接横截面的面积变小，根据热传导及热阻定律，其热阻要明显大于良好焊点。基于此，本发明利用红外激光器以一定功率及一定时间照射电路板的待测焊点，瞬间加热钎料；以红外热像仪同时截取焊点与该焊点引线两处的温升曲线，将两曲线叠加，即可看出该焊点与引线之间的连接情况。连接良好的焊点，其焊点与引线处的温升曲线极为吻合，虚焊焊点热阻较大，其两处温升曲线差异较大，由此即可诊断出该焊点的可靠性。

本发明系统将光学显微摄像机、红外激光器和红外热像仪有机的组合在一起，构成一种新的电路板焊点可靠性的检测系统，它的检测结果可靠性高，对于虚焊缺陷大于50％的焊点可100％检出，为现有其它检测系统所无法比拟，具有良好的发展前景。

本发明采用的红外热像仪，集光电成像技术、计算机技术和图像处理技术于一体，通过接收被检测焊点及其引线发出的红外线(红外辐射)，并将其热像显示出来，从而准确判断该焊点及其引线表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为合格焊点的两条温度分布曲线的同比叠加图；

图3为完全虚焊开路焊点的两条温度分布曲线的同比叠加图；

图4为部分虚焊焊点的两条温度分布曲线的同比叠加图。

图2至图4中，曲线E为待检测焊点的温度分布曲线，曲线F为待检测焊点引线处的温度分布曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，

本实施方式包括系统平台1、XY旋转载物台2、载物台驱动控制器3、红外激光器5、激光器控制器6、光学显微摄像机7、红外热像仪8和计算机9，

XY旋转载物台2设置在系统平台1上，

光学显微摄像机7和红外热像仪8位于XY旋转载物台2的正上方，红外激光器5位于XY旋转载物台2的侧上方，光学显微摄像机7、红外热像仪8和红外激光器5均固定于系统平台1的支架上，

载物台驱动控制器3的位移信号输出端连接XY旋转载物台2的位移信号输入端，

红外激光器5的控制信号输入端连接激光器控制器6的控制信号输出端，

光学显微摄像机7的图像信号输出端连接计算机9的图像信号输入端，

红外热像仪8的采集信号输出端连接计算机9的热像仪信号输入端。

本实施方式所述系统在使用时，首先将印刷电路板置于XY旋转载物台2的中心位置，它利用红外激光器5输出一个脉冲，瞬间加热印刷电路板上一器件的钎料焊盘，然后利用红外热像仪8同时检测获得焊点和该焊点引线处的温升曲线，根据两曲线的吻合程度来判断焊点的可靠性，确定是否产生虚焊。

将光学显微摄像机7和红外热像仪8通过系统平台1的支架固定，并垂直位于XY旋转载物台2的正上方，为避免红外激光器5照射到焊点上的激光束不会反射到光学显微摄像机7和红外热像仪8中，将红外激光器5通过系统平台1的支架固定于XY旋转载物台2的斜上方，并倾斜一定的角度，其倾斜角度通过光学显微摄像机7、红外热像仪8和红外激光器5针对XY旋转载物台2的中心位置上某一点的一次调焦对准后确定，印刷电路板置于XY旋转载物台2，可随XY旋转载物台2的运动进行平移和旋转，在检测过程中，光学显微摄像机7、红外热像仪8和红外激光器5的位置一次调焦固定后，只需控制XY旋转载物台2运动即可完成整块印刷电路板上所有焊点的检测。

光学显微摄像机7和红外热像仪8获取的图像均传输给计算机9，并通过计算机9的显示器9-1显示出来，通过光学显微摄像机7摄取的印刷电路板图像，可直接检测出例如焊膏沉积、零部件到位/缺失、误贴装定位、极性错误等明显缺陷，还可以为焊点可靠性检测提供定位和过程监控。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于，它还包括载物台手动控制器4，载物台手动控制器4的手动信号输出端连接XY旋转载物台2的手动信号输入端。其它与实施方式一相同。

本实施方式采用手动控制器4来控制XY旋转载物台2的位移，手动控制器4可与载物台驱动控制器3配合使用，也可分别使用。

手动控制器4可采用手控步进电机的驱动方式，来满足检测需求。

具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于，载物台驱动控制器3的控制信号输入端连接计算机9的载物台驱动信号输出端；激光器控制器6的控制信号输入端连接计算机9的激光器控制信号输出端，计算机9的信号处理结果通过显示器9-1显示。其它与实施方式一或二相同。

本实施方式中采用计算机9对整个系统进行综合控制，能使整体系统协调配合，使定位更准确，精确度更高，并实现检测系统的自动化。

具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，所述红外热像仪8的测温范围为-20℃至120℃，频率为50Hz至60Hz。其它与实施方式一相同。

红外热像仪8的显示界面上除显示热像图外，同时设定两个测温区，将两个测温区的温升曲线相应的坐标轴重合叠加，然后根据叠加后的两条温升曲线进行虚焊及虚焊程度的判断。

具体实施方式五：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，所述红外激光器5的功率为2W至10W。其它与实施方式一相同。

红外激光器5的功率如果选择过小，使被测点的温升缓慢，则难以在缺陷处产生热阻，使测得的焊点处与焊点引线处的温差小，则不易区分焊点状态；若功率选择过大，则会对焊点和器件及印刷电路板造成损伤。在使用中可根据具体情况进行选择。

具体实施方式六：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一、四或五的不同之处在于，所述红外激光器5发射激光的持续时间t为：1s≥t≥0.1s。其它与实施方式一、四或五相同。

在本实施方式中，可选择红外激光器5的功率为2W，定时器范围为0-1s，在实施中主要根据焊点的大小来选择0.3s和0.6s两个脉冲宽度。在上述参数下，焊点处最高温度可达到50℃至90℃。

本发明所述系统可由计算机9利用编程软件进行程序控制，从而实现检测过程的自动化。它主要是利用红外热像仪8的快速响应测温技术来进行电路板焊点虚焊的检测。

红外热像仪8与计算机9连接，可在显示器9-1上显示其获取的热图像和瞬间温升曲线；红外激光器5可通过激光器控制器6进行控制，来设定激光功率和脉冲持续时间，在控制XY旋转载物台2使焊点与激光光点重合的过程中，红外激光器5输出一最小功率光束，起光束起指示作用。

具体工作过程如下：

一：将待测印刷电路板安放在XY旋转载物台2上；

二：打开系统电源，确认光学显微摄像机7和红外热像仪8的焦距，使其视野正常，并确认红外激光器5产生的激光光点位于系统原点，所述系统原点即XY旋转载物台2的中央，激光光点同时处于光学显微摄像机7和红外热像仪8的视野中心；

三：利用载物台驱动控制器3或载物台手动控制器4控制XY旋转载物台2，使印刷电路板上的待检测焊点移动到系统原点上；

四：设置红外热像仪8的两个测温区，两个测温区分别位于钎料焊点和焊盘引线或元器件引线处；

五：设定红外激光器5的功率和脉冲时间；

六：启动红外激光器5，同时通过红外热像仪8获取图像及温升曲线；

七：将两个测温区的两条温升曲线叠加，根据其吻合程度来判断焊点是否虚焊，及虚焊程度；

八：重复上述过程，即可检测下一个焊点。

对两条温升曲线吻合程度的具体判定方法如下：

当两条温升曲线的分布趋势相同，且两条温度分布曲线上的最高温度点同步，无相位差，判定该待检测焊点为合格焊点；否则为不合格焊点。

其中不合格焊点的具体判定方法为：

当两条温度分布曲线的分布趋势相同，待检测焊点引线处的温度分布曲线趋近于直线，判定该待检测焊点为完全虚焊开路；

当两条温度分布曲线的趋势不同，两条温度分布曲线上的最高温度点存在相位差，且待检测焊点引线处的温度分布曲线上的最高温度点滞后于待检测焊点的温度分布曲线上的最高温度点，判定该待检测焊点为部分虚焊。

本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。

Claims (6)

1.一种采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统，其特征在于：它包括系统平台(1)、XY旋转载物台(2)、载物台驱动控制器(3)、红外激光器(5)、激光器控制器(6)、光学显微摄像机(7)、红外热像仪(8)和计算机(9)，

XY旋转载物台(2)设置在系统平台(1)上，

光学显微摄像机(7)和红外热像仪(8)位于XY旋转载物台(2)的正上方，红外激光器(5)位于XY旋转载物台(2)的侧上方，光学显微摄像机(7)、红外热像仪(8)和红外激光器(5)均固定于系统平台(1)的支架上，

载物台驱动控制器(3)的位移信号输出端连接XY旋转载物台(2)的位移信号输入端，

红外激光器(5)的控制信号输入端连接激光器控制器(6)的控制信号输出端，

光学显微摄像机(7)的图像信号输出端连接计算机(9)的图像信号输入端，

红外热像仪(8)的采集信号输出端连接计算机(9)的热像仪信号输入端；

将印刷电路板置于XY旋转载物台(2)的中心位置，利用红外激光器(5)输出一个脉冲，瞬间加热印刷电路板上的一个器件的钎料焊盘，利用红外热像仪(8)同时检测获得所述钎料焊盘焊点和该焊点引线处的温升曲线，根据两曲线的吻合程度来判断焊点的可靠性，确定是否产生虚焊。

2.根据权利要求1所述的采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统，其特征在于：它还包括载物台手动控制器(4)，载物台手动控制器(4)的手动信号输出端连接XY旋转载物台(2)的手动信号输入端。

3.根据权利要求1或2所述的采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统，其特征在于：载物台驱动控制器(3)的控制信号输入端连接计算机(9)的载物台驱动信号输出端；激光器控制器(6)的控制信号输入端连接计算机(9)的激光器控制信号输出端，计算机(9)的信号处理结果通过显示器(9-1)显示。

4.根据权利要求1所述的采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统，其特征在于：所述红外热像仪(8)的测温范围为-20℃至120℃，频率为50Hz至60Hz。

5.根据权利要求1所述的采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统，其特征在于：所述红外激光器(5)的功率为2W至10W。

6.根据权利要求1、4或5所述的采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统，其特征在于：所述红外激光器(5)发射激光的持续时间t为：1s≥t≥0.1s。

Images