CN110108721A - 一种bga焊球阵列的光纤检测方法及光纤检测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种BGA焊球阵列的光纤检测方法及光纤检测仪，涉及PCBA检测技术领域，本发明通过对光源的调制，结合光纤技术检测光穿过BGA焊球阵列后光强度的变化来检测BGA焊球阵列是否存在如BGA焊球之间的短路、焊球错位等最重要的质量问题，为后续生产出质量良好的PCBA提供重要保障。并且本发明具有制造和使用成本低、体积小，便于搬运等优点。

Description

一种BGA焊球阵列的光纤检测方法及光纤检测仪
技术领域
本发明涉及PCBA检测技术领域，更具体地说是指一种BGA焊球阵列的光纤检测方法及光纤检测仪。
背景技术
在当今信息时代，随着电子工业的迅猛发展，计算机、移动电话等产品日益普及，人们对电子产品的功能要求越来越多、对性能要求越来越强，而体积要求却越来越小、重量要求越来越轻。这就促使电子产品向多功能、高性能和小型化、轻型化方向发展。为实现这一目标，IC芯片的特征尺寸就要越来越小，封装的I/O密度就会不断增加，因此一些先进的高密度封装技术应运而生，而BGA封装技术就是其中之一。BGA（Ball Grid Array）即BGA焊球阵列封装，它是在封装体基板的底部制作阵列焊球作为电路的I/O端与印刷线路板互接。而PCBA（Printed Circuit Board +Assembly）则是PCB空板经过SMT贴片、DIP插件和测试等制程，形成一个成品。
目前最先进的BGA焊球阵列检测仪器工具是将焊好元器件制得的PCBA放入一个X-Ray，X-射线室，X-射线照射检查BGA元件，通过检测到的BGA图像判断焊球是否存在移动、短路、滑落或者变形等不良情况。更先进一点的X-射线BGA检测仪可以逐层扫描BGA焊球，以获得更精确的BGA焊接质量的数据。现有上述检测仪器存在以下问题：其一，虽然现有检测仪器对于焊球移动、短路、滑落或者变形等不良情况可以作出效率较高的判断，但它不能对焊球与PCB板之间的焊锡连接情况作出有效的判断；其二，同时现有检测仪器的体积很大，体积大多在几个立放米以上，其三，价格昂贵，且使用成本高；其四，仪器使用时产生的X-射线会影响周围的环境，操作人员的身体健康。
发明内容
本发明提供的一种BGA焊球阵列的光纤检测方法及光纤检测仪，其目的在于解决现有技术中存在的上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种BGA焊球阵列的光纤检测方法，包括以下步骤：（一）在PCB板的一侧将光强A1的检测光A以平行BGA焊球阵列行方向的方式从相邻两行焊球之间掠过PCB板；（二）在PCB板的另一相对立侧检测所述相邻两行焊球之间的光强A2；（三）若光强A2等于或大于阈值A1＇则判定所述相邻两行焊球没有阻碍到检测光A的传播，相邻两行焊球在该行间隙上无异常；若光强A2小于阈值A1＇则判定所述相邻两行焊球阻碍到检测光A的传播，相邻两行焊球在该行间隙上存在异常。
进一步，还包括步骤（四）：每次沿BGA焊球阵列的列方向移动一个行间距的距离后，按步骤（一）至步骤（三）的方式对BGA焊球阵列进行逐行检测。
进一步，还包括以下步骤：（五）在PCB板的一侧将光强B1的检测光B以平行BGA焊球阵列列方向的方式从相邻两列焊球之间掠过PCB板；（六）在PCB板的另一相对立侧检测所述相邻两列焊球之间的光强B2；（七）若光强B2等于或大于阈值B1＇则判定所述相邻两列焊球没有阻碍到检测光B的传播，相邻两列焊球在该列间隙上无异常；若光强B2小于阈值B1＇则判定所述相邻两列焊球阻碍到检测光B的传播，相邻两列焊球在该列间隙上存在异常；（八）每次沿BGA焊球阵列的行方向移动一个列间距的距离后，按步骤（五）至步骤（七）的方式对BGA焊球阵列进行逐列检测。
更进一步，在所述步骤（四）之后，将检测光A以平行BGA焊球阵列列方向的方式从相邻两列焊球之间掠过PCB板，或者将PCB板旋转90°,再用检测光A对BGA焊球阵列进行逐列检测。
更进一步，所述步骤（二）中，对检测到的光信号采用可视化的形式显示光强度的变化，便于操作者按照所述步骤（三）给出有效判定。
更进一步，所述步骤（一）中，对光源进行同步调制，获得频率谱线调高的光调制信号即所述检测光A，所述步骤（二）中，对检测到的光信号采用滤波处理，将有用的光调制信号与光噪声谱线分离；再将滤波处理后的光信号采用可视化的形式显示光强度的变化，便于操作者按照所述步骤（三）给出有效判定。
更进一步，所述步骤（二）中检查到的光信号为ρsinω0t+Nf，其中，ρsinω0t是有用的光调制信号，Nf为光噪声谱线，当调制频率ω0高达数千赫兹时，采用滤波处理就可以将有用的光调制信号（ρsinω0t）与光噪声谱线（Nf）分离。
一种BGA焊球阵列的光纤检测仪, 包括机座，该机座设有用于固定安装待测PCB板的工作台，其特征在于：所述机座在工作台的一侧设有至少一光发射装置，所述机座在工作台的另一侧设有至少一与所述光发射装置一一对立设置的光强检测装置。
进一步，所述光发射装置包括依次连接的光源发生器、发射端光纤软管和T.E.光发射笔端；所述光强检测装置包括依次连接的R.E.光接收笔端、接收端光纤软管以及可视化检测设备。
更进一步，所述可视化检测设备是以下所列的一种或几种的组合：a、光纤亮度展示器；b、依次连接的第一光点展示台、摄像头和显示器；c、依次连接的第二光点展示台和光学显微镜；d、依次连接的同步光强检测仪和电平显示器。
和现有的技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过检测光穿过BGA焊球阵列后光强度的变化来检测BGA焊球阵列是否存在如BGA焊球之间的短路、焊球错位等最重要的质量问题，为后续生产出质量良好的PCBA提供重要保障。并且本发明具有制造和使用成本低、体积小，便于搬运等优点。
附图说明
图1为本发明中，光纤检测方法的原理示意图。
图2为本发明中，光纤检测仪实施例一的结构示意图。
图3为光纤检测仪实施例一中，光纤亮度展示器的结构示意图。
图4为本发明中，光纤检测仪实施例二的结构示意图。
图5为本发明中，光纤检测仪实施例三的结构示意图。
图6为本发明中，光纤检测仪实施例四的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。
一种BGA焊球阵列h1的光纤检测方法，包括以下步骤：
参照图1, 步骤（一）：在PCB板h的一侧将光强A1的检测光A以平行BGA焊球阵列h1行方向的方式从相邻两行焊球之间掠过PCB板h。
参照图1至图6，设计一种BGA焊球阵列的光纤检测仪, 其包括设有工作台3的机座（图中未画出），将PCB板h固定安装在工作台3上，检测光A则由至少一设置在机座且位于工作台3侧旁的光发射装置1产生。具体地，光发射装置1包括依次连接的光源发生器12、发射端光纤软管11和T.E.光发射笔端10。由光源发生器12产生的光源经发射端光纤软管11传递至T.E.光发射笔端10，随后射入BGA焊球阵列h1，形成检测光A。T.E.光发射笔端10只是对裸光纤端部的一种保护性笔式封装，光纤从它的中心通过，易于把持和操作，它不对光信号做任何的处理。此外，可以对光源发生器12产生的光源进行同步调制，使检测光A的光信号频率谱线调高，以避开周围环境的光噪声谱线。以光源同步调制信号为正弦波为例，同步调制后的光信号为ρsinω0t+Nf，其中，ρ为信号调制电路的增益常数，ω0为调制频率， Nf为光噪声谱线，由于背景光、自然光、照明灯光等光噪声能量集中在光频谱线的低端，频率从零到几千赫兹左右，因此ω0的取值高达数千赫兹时，采用滤波处理就可以将有用的光信号部分（ρsinω0t）与光噪声谱线（Nf）分离。当然同步调制信号除了上述正弦波，也可以是方波。当然光发射装置1的具体结构和组成并不局限于上述内容，任何可以产生符合使用要求的光信号的现有技术或者产品均可以应用至此。
参照图1, 步骤（二）：在PCB板h的另一相对立侧检测所述相邻两行焊球之间的光强A2。
参照图1至图6，上述机座在工作台3另一相对立侧旁设置有至少一光强检测装置2，并且光强检测装置2与光发射装置1一一对立设置。光强检测装置2的作用是用于接收光发射装置1发出的光信号并对其进行光强度变化进行检测。具体地，光强检测装置2包括依次连接的R.E.光接收笔端20、接收端光纤软管21以及可视化检测设备，由可视化检测设备对检测到的光信号采用可视化的形式显示光强度的变化，便于操作者按照所述步骤（三）给出有效判定。首先由R.E.光接收笔端20接收光信号，接收到的光信号再经接收端光纤软管21传递至上述可视化检测设备，由上述可视化检测设备将光信号转变为可供操作人员查看的光强度变化图像。其中，R.E.光接收笔端20只是对裸光纤端部的一种保护性笔式封装，光纤从它的中心通过，易于把持和操作，它不对光信号做任何的处理。
参照图2至图6， T.E.光发射笔端10和R.E.光接收笔端20可以通过机械夹具固定设置在机座上，也可以通过滑动机构可移动地设置在机座上，还可以由操作人员直接手持操作。
参照图2至图6，具体地，可视化检测设备是以下所列的一种或几种的组合：
a、参照图2和图3，可视化检测设备22可以是与接收端光纤软管21相连接的光纤亮度展示器228，接收端光纤软管21可以从侧面或者底面的安装孔2281插入光纤亮度展示器228并用树脂或螺纹旋紧等方式固定（为了便于观察，光纤亮度展示器228的显示端面2282需平整光滑。），然后由操作人员手持或者固定放置在机座上即可通过肉眼观察光强度的变化。
b、参照图4，可视化检测设备22＇包括依次连接的第一光点展示台221、摄像头222和显示器223。接收端光纤软管21与第一光点展示台221相连接，第一光点展示台221是一种无源的光纤端部封装结构，它不对光信号进行任何处理，只是使光纤端易于固定、操作和摆放等，并且可以设计成不同的形状。R.E.光接收笔端20接收到的光信号经接收端光纤软管21传递至第一光点展示台221，由摄像头222将光信号的光斑拍摄并显示在显示器223，由操作人员对显示器223上的光斑图像的变化判定光强度的变化。
c、参照图5,可视化检测设备22＇＇包括依次连接的第二光点展示台226和光学显微镜227。接收端光纤软管21与第二光点展示台226相连接，第二光点展示台226同样是一种无源的光纤端部封装结构，它不对光信号进行任何处理，只是使光纤端易于固定、操作和摆放等，并且可以设计成不同的形状。R.E.光接收笔端20接收到的光信号经接收端光纤软管21传递至第二光点展示台226，操作人员通过光学显微镜227对显示器223上的光斑的亮度变化判定光强度的变化。
d、参照图6,可视化检测设备22＇＇＇包括依次连接的同步光强检测仪224和电平显示器225。接收端光纤软管21与同步光强检测仪224相连接。以光源同步调制信号为正弦波为例，同步调制后的光信号为ρsinω0t+Nf为例，同步光强检测仪的工作是将接收端光纤软管21传送来的光信号，进行光电转换后得到：K（ρsinω0t+Nf），其中K为同步检测中的放大增益和光从T.E.光发射笔端10到R.E.光接收笔端20的衰减和其它道改变因素的总合因子；然后用同步光强检测仪224的高通滤波电路去除低端的光噪声谱线，得到Kρsinω0t；再用同步光强检测仪224得到的Kρsinω0t光信号与发射端的调制光源同频同步的正弦波信号相乘得到Kρsinω0tsinω0t=Kρ/2- (Kρ/2) sin2ω0t,再滤除交流成分后，得到一个直流电信号Kρ/2；最后由同步光强检测仪224将得到的直流电信号Kρ/2直接传送至电平显示器225进行显示，操作人员通过查看电平显示器225观察光强度变化，对其进行定量分析。电平显示器225也可以是示波器、直流电压表、数字电压表或者自制的电压电平显示装置。
光强检测装置2也可以是一种简单的工具，该工具在其靠近PCB的一端有一个小平面，它可以直接反射T.E.光发射笔端10所射出的光线，在小平面上形成光斑，操作人员可根据小平面上光斑的大小尺寸和明暗强度的变化来判定BGA焊球阵列在光线两侧的焊球是否对光线传播存在阻碍，即判定BGA焊球阵列是否存在焊球之间的短路、焊球错位、焊球滚动等问题。
综上, 光强检测装置既可以采用摄像头、显微镜或者光纤亮度展示器等将光信号的光强度变化用光斑明暗变化的方式在显示屏上进行直观显示,也可以采用同步光强检测仪对光信号的光强度变化做出图形化展示，可选择的方式较多，并且所达到的检测效果基本上等同于现有x-射线检测仪。
参照图1，步骤（三）：若光强A2等于或大于阈值A1＇则判定所述相邻两行焊球没有阻碍到检测光A的传播，相邻两行焊球在该行间隙上无异常；若光强A2小于阈值A1＇则判定所述相邻两行焊球阻碍到检测光A的传播，相邻两行焊球在该行间隙上存在异常。阈值A1＇可以通过一下方式得到：在工作台3上不装载待检测PCB板h的情况下，用光强检测装置2接收并检测光发射装置1所发光信号的光强度大小。而且如果BGA焊球阵列h1存在如BGA焊球之间的短路、焊球错位等明显阻碍检测光传播的质量问题，光强检测装置2接收到的光强度会影响发生变化，依靠显微镜等帮助操作人员也可以明显察觉到光强度的变小。
参照图1，步骤（四）：每次沿BGA焊球阵列h1的列方向移动一个行间距的距离后，按步骤（一）至步骤（三）的方式对BGA焊球阵列h1进行逐行检测。工作台3可沿BGA焊球阵列h1列方向来回移动地设置于机座，通过移动工作台3实现逐行检测；当然也可以将T.E.光发射笔端10和R.E.光接收笔端20可沿BGA焊球阵列h1列方向同步来回移动地设置在机座上，通过移动T.E.光发射笔端10和R.E.光接收笔端20实现逐行检测。
参照图1，步骤（五）：在PCB板h的一侧将光强B1的检测光B以平行BGA焊球阵列h1列方向的方式从相邻两列焊球之间掠过PCB板h。在上述步骤（四）之后，可以将检测光A以平行BGA焊球阵列h1列方向的方式从相邻两列焊球之间掠过PCB板h，或者将PCB板h旋转90°,再用检测光A对BGA焊球阵列h1进行逐列检测。使PCB板h旋转90°的方式有两种，一种是可以将PCB板h旋转90°后重新固定在工作台3上，另一种工作台3可旋转地设置在机座上，直接将工作台3旋转90°。
参照图1，将PCB板h固定安装在机座的工作台3上，检测光B则由至少一设置在机座且位于工作台3侧旁的光发射装置1产生。其中，光发射装置1的具体结构的工作方式参照上述步骤（一）中的相关内容，在此不再赘述。
参照图1，步骤（六）：在PCB板h的另一相对立侧检测所述相邻两列焊球之间的光强B2。
参照图1至图6，机座在工作台3另一相对立侧旁设置有至少一光强检测装置2，并且光强检测装置2与光发射装置1一一对立设置。其中，光强检测装置2具体结构的工作方式参照上述步骤（二）中的相关内容，在此不再赘述。
参照图1，步骤（七）：若光强B2等于或大于阈值B1＇则判定所述相邻两列焊球没有阻碍到检测光B的传播，相邻两列焊球在该列间隙上无异常；若光强B2小于阈值B1＇则判定所述相邻两列焊球阻碍到检测光B的传播，相邻两列焊球在该列间隙上存在异常。阈值B1＇的设定方式可以参照上述步骤（三）中的相关内容，在此不再赘述。
参照图1，步骤（八）：每次沿BGA焊球阵列h1的行方向移动一个列间距的距离后，按步骤（五）至步骤（七）的方式对BGA焊球阵列h1进行逐列检测。实现逐列检测的具体方式可以参照步骤（四）中的相关内容，在此不再赘述。
本发明通过检测光穿过BGA焊球阵列后光强度的变化来检测BGA焊球阵列是否存在如BGA焊球之间的短路、焊球错位等最重要的质量问题，为后续生产出质量良好的PCBA提供重要保障。并且本发明具有制造和使用成本低、体积小，便于搬运等优点。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种BGA焊球阵列的光纤检测方法，其特征在于，包括以下步骤：（一）在PCB板的一侧将光强A1的检测光A以平行BGA焊球阵列行方向的方式从相邻两行焊球之间掠过PCB板；（二）在PCB板的另一相对立侧检测所述相邻两行焊球之间的光强A2；（三）若光强A2等于或大于阈值A1＇则判定所述相邻两行焊球没有阻碍到检测光A的传播，相邻两行焊球在该行间隙上无异常；若光强A2小于阈值A1＇则判定所述相邻两行焊球阻碍到检测光A的传播，相邻两行焊球在该行间隙上存在异常。
2.根据权利要求1所述的一种BGA焊球阵列的光纤检测方法，其特征在于，还包括步骤（四）：每次沿BGA焊球阵列的列方向移动一个行间距的距离后，按步骤（一）至步骤（三）的方式对BGA焊球阵列进行逐行检测。
3.根据权利要求2所述的一种BGA焊球阵列的光纤检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：（五）在PCB板的一侧将光强B1的检测光B以平行BGA焊球阵列列方向的方式从相邻两列焊球之间掠过PCB板；（六）在PCB板的另一相对立侧检测所述相邻两列焊球之间的光强B2；（七）若光强B2等于或大于阈值B1＇则判定所述相邻两列焊球没有阻碍到检测光B的传播，相邻两列焊球在该列间隙上无异常；若光强B2小于阈值B1＇则判定所述相邻两列焊球阻碍到检测光B的传播，相邻两列焊球在该列间隙上存在异常；（八）每次沿BGA焊球阵列的行方向移动一个列间距的距离后，按步骤（五）至步骤（七）的方式对BGA焊球阵列进行逐列检测。
4.根据权利要求2所述的一种BGA焊球阵列的光纤检测方法，其特征在于：在所述步骤（四）之后，将检测光A以平行BGA焊球阵列列方向的方式从相邻两列焊球之间掠过PCB板，或者将PCB板旋转90°,再用检测光A对BGA焊球阵列进行逐列检测。
5.根据权利要求1所述的一种BGA焊球阵列的光纤检测方法，其特征在于：所述步骤（二）中，对检测到的光信号采用可视化的形式显示光强度的变化，便于操作者按照所述步骤（三）给出有效判定。
6.根据权利要求1所述的一种BGA焊球阵列的光纤检测方法，其特征在于：所述步骤（一）中，对光源进行同步调制，获得频率谱线调高的光调制信号即所述检测光A，所述步骤（二）中，对检测到的光信号采用滤波处理，将有用的光调制信号与光噪声谱线分离；再将滤波处理后的光信号采用可视化的形式显示光强度的变化，便于操作者按照所述步骤（三）给出有效判定。
7.根据权利要求6所述的一种BGA焊球阵列的光纤检测方法，其特征在于：所述步骤（二）中检查到的光信号为ρsinω0t+Nf，其中，ρsinω0t是有用的光调制信号，Nf为光噪声谱线，当调制频率ω0高达数千赫兹时，采用滤波处理就可以将有用的光调制信号（ρsinω0t）与光噪声谱线（Nf）分离。
8.一种BGA焊球阵列的光纤检测仪, 包括机座，该机座设有用于固定安装待测PCB板的工作台，其特征在于：所述机座在工作台的一侧设有至少一光发射装置，所述机座在工作台的另一侧设有至少一与所述光发射装置一一对立设置的光强检测装置。
9.根据要求8所述的一种BGA焊球阵列的光纤检测仪，其特征在于：所述光发射装置包括依次连接的光源发生器、发射端光纤软管和T.E.光发射笔端；所述光强检测装置包括依次连接的R.E.光接收笔端、接收端光纤软管以及可视化检测设备。
10.根据要求9所述的一种BGA焊球阵列的光纤检测仪，其特征在于：所述可视化检测设备是以下所列的一种或几种的组合：a、光纤亮度展示器；b、依次连接的第一光点展示台、摄像头和显示器；c、依次连接的第二光点展示台和光学显微镜；d、依次连接的同步光强检测仪和电平显示器。
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