CN110132960B - 电路板组件的检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种电路板组件的检测方法，包含以下步骤：在焊接电子元件于电路板形成电路板组件之前，测量焊料层的几何特征值，并和预设值做比较而将焊料层定义优等、中等、劣等或极劣等焊料层，对定义为极劣等焊料层的电路板进行不良品工序；之后，焊接电子元件于电路板并测量焊接层的质量特征值，并和另一预设值做比较而将焊接层定义为良好或较差焊接层；人工检测同时具有中等焊料层与较差焊接层的电路板组件；通过上述检测方法，可有效降低需人工检测的电路板组件的数量。

Description

电路板组件的检测方法
技术领域
本发明涉及一种电路板组件的检测方法，具体而言，是指一种依据特定条件而检测电路板组件的检测方法，根据该方法，能够降低需人工检测的电路板组件的数量。
背景技术
在采用表面黏着技术(Surface Mount Technology；SMT)生产电路板组件(包括电路板与连接于电路板的多个电子元件)的前端工序中，检测电路板上的每一个电子元件与电路板之间是否存在有工艺缺陷(例如短路、锡多、锡少、立碑、空焊、错件等缺陷)是至关重要的。通过上述检测，可确保电路板上的每一个电子元件都能正确地且稳固地焊接于电路板上。
一般来说，在已知的多种检测技术中，采用非接触式的自动光学检测(AutomatedOptical Inspection；AOI)技术，可降低人工检测的成本与人为疏失，并可有效地提升检测速度。然而，随着市场上的需求而须将电路板组件微小化之故，自动光学检测技术受到了严峻的挑战，尤其是在电子元件的尺寸越趋微小化以及电路板上的布局越趋密集的情况下。更严重的是，自动光学检测技术容易受到光学分辨率、环境光源与检测机构配置等因素的影响，可能造成检测上的误判而发出错误警告(false alarm)，当上述误判的情况发生时，通常需要生产线上的操作人员再以人工检测的方式挑出遭误判的电路板组件，避免产生过高的废弃物成本并提升生产良率。然而，如果遭误判的电路板组件过多，不仅添增更多的人工检测的人力成本，同时也拖长了整体生产时间。
已知在现有的公开文本中，台湾地区公开号第TW 201714515A号发明专利描述了一种用于焊点的检查设备及方法。请参考上述专利的图2，可看到在其检测方法是在步骤S120中，先检查可被焊料15湿润的焊面14的至少一个所测得的几何参数是否处于预设的范围内。之后，在步骤S170中将待焊接的构件16安放在印刷电路板上，并在步骤S180中，进行回焊的工序。之后，在步骤S300中，实施自动焊点检查，由此侦测焊点的至少一个质量特征，在步骤S310中，将上述质量特征与预设的阈值进行比较，将待检查的焊点区分为良好焊点与较差焊点。若被区分为良好焊点，则具有此良好焊点的印刷电路板18将直接在步骤S500中执行后续的生产工序9A，反之，若印刷电路板18的至少一个焊点被评价为较差焊点，则在步骤S410中，将具有较差焊点的印刷电路板18全部以人工的方式进行再检查，由此判断上述印刷电路板18是否要转移至后续的生产工序9A，或者是再加工工序或不良品工序。
然而，在上述专利中，若在步骤S300与步骤S310中，遭误判的印刷电路板18的数量过多，则同样导致增加人工检测的成本以及拖长整体生产时间的问题，因此可看到传统的检测方法明显成本较高且比较缺乏效率而尚待改善。
发明内容
为了有效克服传统检测方式的缺陷，本发明提供一种崭新的电路板组件的检测方法，其用于检测至少一个电路板组件，上述至少一个电路板组件都具有电路板与至少一个电子元件，上述电路板具有至少一个可焊区域，并且可焊区域上设有至少一层焊料层，上述电子元件的至少一个接脚能够通过上述焊料层与上述电路板相焊接，使得上述接脚与上述电路板之间能够形成焊接层，所述检测方法的步骤包含有：在焊接所述电子元件于所述电路板之前，测量所述焊料层的至少一个几何参数的几何特征值，比较所述几何特征值与预设几何参数值，并依据比较结果而将所述焊料层定义为优等焊料层、中等焊料层、劣等焊料层或极劣等焊料层，对具有定义为所述极劣等焊料层的所述电路板进行不良品工序；在焊接所述电子元件于所述电路板形成所述至少一个电路板组件之后，测量所述焊接层的至少一个质量参数的质量特征值，比较所述质量特征值与预设质量参数值，并依据比较结果而将所述焊接层定义为良好焊接层或较差焊接层，之后，人工检测同时具有被定义为中等焊料层与较差焊接层的电路板组件。
本发明的有益效果是：本发明通过整合几何特征值与质量特征值的数据，并将两者的数据进行综合比较与分析，仅针对具有较差焊接层与中等焊料层的电路板组件进行人工检测，因而能够有效降低错误警告(false alarm)发生的可能性，而且能有效降低需人工检测的电路板组件的数量，提升了整体检测效率，并可降低检测成本、缩短整体生产时间。
较佳地，所述几何参数可为焊料层的长度、焊料层的宽度、焊料层的高度、焊料层的面积或焊料层的体积中的其中一个或多个(两个或更多)。类似地，所述质量参数可为所述焊接层在所述电路板上的投影长度、所述焊接层在所述电路板上的投影宽度、所述焊接层的最大高度、所述焊接层在所述电路板上的投影面积、所述焊接层的偏移量中的其中一个或多个(两个或更多)。
较佳地，本发明中利用锡膏检查机(SPI)来测量所述焊料层的所述至少一个几何参数，并且利用自动光学检查(AOI)机台来测量所述焊接层的所述至少一个质量参数。因此，本发明的检测方法可沿用原本用于检测的硬件设备，可在增加少量额外成本的情况下，进一步地推升检测的效率并增加整体生产的良率。
在其中一个方面，本发明所提供的检测方法还进一步地包含有以下步骤：使用机器判断同时具有被定义为优等焊料层与良好焊接层的至少一个电路板组件，并对上述电路板组件执行后端工序。通过机器快速判断待检测的电路板组件是否通过检测，并对通过检测的电路板组件进行后续的工序。
在另一方面，本发明还包含有以下步骤：对被判断为同时具有被定义为劣等焊料层与较差焊接层的电路板组件进行所述不良品工序，由此回收再利用未通过检测的电路板组件。
在另一方面，本发明还包含有以下步骤：对被判断为同时具有被定义为优等焊料层与较差焊接层的电路板组件进行所述后端工序。通过机器快速判断待检测的电路板组件，并使符合上述条件的电路板组件直接通过检测，降低需人工检测的电路板组件的数量。
较佳地，本发明中通过将所述电子元件的所述接脚置放于所述焊料层后再执行回焊工序，形成所述电路板组件。然而，本发明并不以上述焊接方式为限，也可应用于其他种电子元件与电路板的连接方式。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的电路板与电子元件的示意图，且表示未焊接电子元件于电路板的情况。
图2是本发明较佳实施例的电路板的示意图，且表示在可焊区域设置一层锡膏的情况。
图3是本发明较佳实施例的电路板的示意图，且表示焊接层。
图4是本发明较佳实施例的检测系统的方块图。
图5是本发明较佳实施例的方法流程图。
图6是本发明较佳实施例的焊料层的设置情形示意图。
图7是本发明较佳实施例的焊接层于电路板上的投影面积的示意图。
(符号说明)
10 电路板组件
20 电路板
21 布线
22 可焊区域
30 电子元件
31 接脚
40 焊料层
50 焊接层
70 检测系统
71 锡膏印刷机
72 锡膏检查机
73 分析与控制单元
74 取放装置
75 锡炉
76 自动光学检查机台
L、PL 长度
W、PW 宽度
H 高度
具体实施方式
在以下实施例中所使用的各项用语中，“电路板”是指印刷电路板(PrintedCircuit Board；PCB)，其为电子元件的承载体但不包含电子元件；“电路板组件”是指电路板以及焊接于上述电路板的电子元件二者的集合；“焊料层”是指在焊接电子元件于电路板之前，先行在电路板的可焊区域所设置的一层焊料，并且焊料层通常为锡膏；“焊接层”是指当电子元件的接脚焊接于电路板上时，电子元件的接脚与电路板二者之间所形成的连接结构，连接结构的成分为焊料。“焊接层”通常亦可称为“焊接点”或“焊点”，但为了避免“焊接点”的用语被误解为是呈点状结构而在空间上不具有任何体积，故以下实施例中皆以“焊接层”称之。
以下，举一较佳实施例并配合附图说明如后。
请首先参考图1，本实施例所提供的电路板组件的检测方法，通常是用来检测多个待检测的电路板组件10(待检测电路板组件10的数量与待检查的区域通常很多)。各个电路板组件10都具有相同的结构，并包含有电路板20与若干个电子元件30，电路板20上设有若干布线21与若干可焊区域22。为方便说明以下实施例，以下仅针对一个电子元件30的一个接脚31焊接于电路板20的一个可焊区域22的情况作说明，其余电子元件30的接脚31或其他可焊区域22则可依此类推。各个可焊区域22都设置有一层焊料层40(如图2所示)，以供后续电子元件30的接脚31能够通过上述焊料层40与电路板20相焊接，并且上述电子元件30的接脚31与电路板20之间能形成焊接层50(如图3所示)。电子元件30可例如为芯片(IntegratedCircuit)或连接器。
本实施例的电路板组件的检测方法包含有以下步骤。请参考图1至图5，其中步骤S1至S5是在焊接电子元件30于电路板20之前执行，步骤S8至S15是在电子元件30被焊接于电路板20之后执行。
步骤S1：准备一个电路板20与一个电子元件30，电路板20上设有若干个可焊区域22与布线21，可焊区域22是裸露于外部的。电子元件30的两端分别设有接脚31。
步骤S1之后，执行步骤S2：使用锡膏印刷机71(solder printer)在可焊区域22上印刷一层焊料层40(如图2所示)，在本实施例中，焊料层40实质上为一层锡膏。
请特别参考图4所示的检测系统70的方块图与图5所示的步骤流程图。在步骤S2之后，执行步骤S3：使用锡膏检查机72(Solder paste inspector；SPI)检测并测量印刷后的焊料层40的各项几何参数的几何特征值。具体而言，通过使锡膏检查机72的多个镜头对准焊料层40并拍摄焊料层40的影像，并从拍摄的影像中测量并取得后续所需要进行分析的几何参数的几何特征值。几何参数可为焊料层40的长度L(如图2所示)、焊料层40的宽度W、焊料层40的高度H、焊料层40的面积或焊料层40的体积中的其中之一或者多个。锡膏检查机72取得各项几何特征值后，再将几何特征值传送至分析与控制单元73。分析与控制单元73在本实施例中实质上为一台能执行一般基本运算功能的主机，并且主机安装有适当的软件，从而分析传送至主机的各项数据。
步骤S3之后，执行步骤S4：分析与控制单元73取得各项几何参数的几何特征值后，分析与控制单元73将各个几何特征值与对应的预设几何参数值做比较，比较方式例如将几何特征值与预设几何参数值作减法，并计算相减后的数值除以预设几何参数值所得到的比例。预设几何参数值例如是可焊区域22的长度PL(如图6所示)、可焊区域22的宽度PW或锡膏印刷机71所预设定的锡膏印刷高度。分析与控制单元73依据上述比较结果建立运算法，并依据运算法将焊料层40定义并区分为优等焊料层、中等焊料层、劣等焊料层或极劣等焊料层。
举例来说，若是采用焊料层40的长度与焊料层40的宽度作为几何参数，在计算出上述几何参数的几何特征值相减预设几何参数值后，再将相减后的数值除以预设几何参数值所得到的比例来建立上述运算法并对焊料层40进行定义，例如针对几何参数为焊料层40的长度而言，比例
Figure GDA0003181778830000061
为1％以内的焊料层40给予100分的分数，比例介于1％至3％者给予80分，比例介于3％至5％者给予60分，比例超过5％者给予0分(例如图6所示)，同时针对几何参数为焊料层40的宽度的比例
Figure GDA0003181778830000062
也作同样计算。运算法计算两个分数(焊料层40的长度与宽度)的最小值，计算结果为100分者定义为优等焊料层，计算结果为80分者定义为中等焊料层，计算结果为60分者定义为劣等焊料层，计算结果为0分者定义为极劣等焊料层。
需要说明的是，上述几何特征值与预设几何参数值的比较方式以及上述运算法是可视需求而加以调整，例如调整不同的几何参数的权重或改变运算法的计算函数，或者是增设条件：一旦发现有短路现象即评价为极劣等焊料层，因此不应以本实施例为限。
步骤S4之后，执行步骤S5：判断电路板20的焊料层40是否被定义为极劣等焊料层，如果判断结果为“是”，则进入步骤S14，对具有被定义为极劣等焊料层的电路板20进行不良品工序，从而将上述电路板20进行再加工利用或废弃；如果判断结果为“否”，则进入步骤S6。
在步骤S6中，使用取放装置74(Pick and Place；P&P)将电子元件30放置于电路板20的可焊区域22上，并使电子元件30的接脚31对应放置于焊料层40的上方，等待后续焊接电子元件30与电路板20。
步骤S6之后，执行步骤S7：将电路板20连同电子元件30传送至锡炉75进行回焊工序，使电子元件30的接脚31能通过熔融状的焊料层40的焊料与电路板20焊接，使接脚31与电路板20之间能形成焊接层50，并且电路板20与电子元件30二者连接形成电路板组件10。需要说明的是，电子元件30与电路板20焊接的方式有多种，不应以步骤S6与步骤S7为限。
步骤S7之后，执行步骤S8：使用自动光学检查(Automated Optical Inspection；AOI)机台76检查并测量焊接层50的各项质量参数的质量特征值。具体而言，通过使自动光学检查机台76的多个镜头对准焊接层50并拍摄焊接层的影像，由此测量并取得后续所需要进行分析的质量参数的质量特征值。质量参数可为该焊接层50在电路板20上的投影长度、投影宽度、焊接层50的最大高度、焊接层50在电路板20上的投影面积A(如图7所示)、焊接层50的偏移量中的其中之一或者多个。自动光学检查机台76取得上述质量特征值后，再将质量特征值传送至分析与控制单元73。
步骤S8之后，执行步骤S9：分析与控制单元73将各个质量特征值与对应的预设质量参数值做比较，并依据比较结果将焊接层50定义为良好焊接层或较差焊接层。
举例来说，若是以焊接层50在电路板20的投影面积作为质量参数，在计算上述质量参数的质量特征值(焊接后的焊接层50的投影面积A)相减预设质量参数值(例如：预设的焊接层投影面积PA)后，将相减后的数值(A-PA)除以预设质量参数值所得到的比例
Figure GDA0003181778830000081
进行定义，例如比例为5％以内的焊接层50定义为良好焊接层，比例超过5％者定义为较差焊接层。
同样地，上述质量特征值与预设质量参数值的比较方式也可视需求而加以调整，因此不应以本实施例为限。
步骤S9之后，执行步骤S10：判断电路板组件10的焊接层50是否被定义为良好焊接层，如果判断结果为“是”，亦即电路板组件10具有良好焊接层与优等焊料层，或者是电路板组件10具有良好焊接层与中等焊料层，或者是电路板组件10具有良好焊接层与劣等焊料层，则判断为电路板组件10通过检测，并进入步骤S15，对该电路板组件10进行后端工序，例如进行电路板组件10的功能测试；如果判断结果为“否”，自动光学检查机台76将发出警告信号，并进入步骤S11。
在步骤S11：此时，电路板组件10应是具有被定义为较差焊接层，以及被定义为优等焊料层、中等焊料层或劣等焊料层三者中的任一者。在步骤S11中，判断电路板组件10的焊料层40是否为劣等焊料层。若判断结果为“是”，则进入步骤S14，对具有被定义为劣等焊料层与较差焊接层的电路板组件10进行不良品工序；若判断结果为“否”，则进入步骤S12。
在步骤S12：此时，电路板组件10应是具有被定义为较差焊接层，以及被定义为优等焊料层或中等焊料层二者之一。在步骤S12中，判断电路板组件10的焊料层40是否为中等焊料层。若判断结果为“是”，则进入步骤S13，对具有被定义为较差焊接层与中等焊料层的电路板组件10进行人工检查；若判断结果为“否”，进入步骤S15，判断此时的电路板组件10通过检测，并执行后端工序。
更详细地说，在步骤S13中，只剩下具有较差焊接层与中等焊料层的电路板组件10，以人工的方式目视判断接脚31与电路板20之间的焊接状况是否通过检测，如果通过检测，进入步骤S15；如果没有通过测试，进入步骤S14。
本实施例中，通过整合几何特征值与质量特征值的两项数据，并进行综合比较与分析，因此当利用本实施例的检测方法进行检测时，只须以人工的方式检测具有较差焊接层与中等焊料层的电路板组件10即可，并非自动光学检查机台76发出警告信号时即进行人工检测，因此大量地减少了需人工检测的电路板组件10的数量，有效地提升了检测效率，并可降低人工检测的人力成本、缩短整体生产电路板组件10的时间。值得注意的是，本发明所要处理的问题主要是发生于使用机器初步进行大量检测电路板组件10的状况，而且本发明是利用上述数据的综合比较与分析来决定哪些电路板组件10是需要进行后续人工检测，其决定方式是相当具有系统性且科学性，并能有效增进检测技术领域的检测效率的发展，以上皆为本发明的要点所在。
最后，经发明人实际计算良率的结果，根据本发明的检测方法，还可进一步地推升工序的良率。

Claims (9)

1.一种电路板组件的检测方法，其用于检测至少一个电路板组件，所述至少一个电路板组件具有电路板与至少一个电子元件，所述电路板具有至少一个可焊区域，所述可焊区域上设有焊料层，所述电子元件的至少一个接脚能够通过所述焊料层与所述电路板相焊接，使得所述接脚与所述电路板之间能够形成焊接层，
所述检测方法的特征在于，包括如下步骤：
在焊接所述电子组件于所述电路板之前，测量所述焊料层的至少一个几何参数的几何特征值，比较所述几何特征值与预设几何参数值，并依据比较结果将所述焊料层定义为优等焊料层、中等焊料层、劣等焊料层或极劣等焊料层，对具有所述极劣等焊料层的所述电路板进行不良品工序；
在焊接所述电子元件于所述电路板形成所述至少一个电路板组件之后，测量所述焊接层的至少一个质量参数的质量特征值，比较所述质量特征值与预设质量参数值，并依据比较结果将所述焊接层定义为良好焊接层或较差焊接层；
获得同时具有所述中等焊料层与所述较差焊接层的所述至少一个电路板组件；
人工检测同时具有所述中等焊料层与所述较差焊接层的所述至少一个电路板组件。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述几何参数为所述焊料层的长度、所述焊料层的宽度、所述焊料层的高度、所述焊料层的面积或所述焊料层的体积中的其中之一。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述质量参数为所述焊接层在所述电路板上的投影长度、所述焊接层在所述电路板上的投影宽度、所述焊接层的最大高度、所述焊接层在所述电路板上的投影面积、所述焊接层的偏移量中的其中之一。
4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述检测方法还包含以下步骤：
依据比较结果建立运算法，并且依据所述运算法将所述焊料层定义为优等焊料层、中等焊料层、劣等焊料层或极劣等焊料层。
5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
利用锡膏检查机测量所述焊料层的所述至少一个几何参数，并且利用自动光学检查机台测量所述焊接层的所述至少一个质量参数。
6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述检测方法还包含以下步骤：
使用机器判断同时具有所述优等焊料层与所述良好焊接层的所述至少一个电路板组件，并对同时具有所述优等焊料层与所述良好焊接层的所述至少一个电路板组件执行后端工序。
7.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述检测方法还包含以下步骤：
对被判断为同时具有所述劣等焊料层与所述较差焊接层的所述至少一个电路板组件进行所述不良品工序。
8.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述检测方法还包含以下步骤：
对被判断为同时具有所述优等焊料层与所述较差焊接层的所述至少一个电路板组件进行后端工序。
9.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
通过将所述电子元件的所述接脚置放于所述焊料层后再执行回焊工序，形成所述至少一个电路板组件。
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