CN111323471A - 一种锡层厚度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锡层厚度检测装置和检测方法，包括检测箱、数字万用表、进液管、单片机、数据处理器、出液管和储液箱，进液管和出液管嵌入检测管相对的两侧壁内，进液管连接储液箱、且设有进液泵，出液管上设有出液泵，进液泵和出液泵的开启或关闭由单片机控制，检测箱的上壁上固定一铜极和一容纳槽，铜极和容纳槽通过导线相连，对应容纳槽位置处的检测箱的上壁上设有开孔，开孔内设有密封塞，容纳槽上设有若干个小孔或容纳槽为网状结构，且容纳槽的材质为导体；进液管上设有若干个贯穿入检测箱内部的进液孔，出液管上设有若干个贯穿入检测箱内部的出液孔，数字万用表串联在导线上、并与单片机相连。

Description

一种锡层厚度检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种锡层厚度检测装置及检测方法，属于锡层厚度检测技术领域。

背景技术

在电子制造领域中，表面镀锡技术已得到广泛的使用，而锡层厚度是整个生产工艺流程中非常关键的一步，对工件性能起到重要的作用。据统计，镀锡工件中的品质不良，50%-8%来自锡层厚度不符合要求。

而目前，对锡层厚度的检测一般采用激光器，利用激光器发出的激光线检测锡层厚度，检测精度低；另外，采用将工件切割开，再直接测量锡层厚度，这就使得工件被破坏，检测成本高。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种锡层厚度检测装置及检测方法，可以实现对工件的无损检测。

为解决上述技术问题，本发明提供一种锡层厚度检测装置，包括检测箱、数字万用表、进液管、单片机、数据处理器、出液管和储液箱，所述进液管和所述出液管嵌入所述检测管相对的两侧壁内，所述进液管连接储液箱、且设有进液泵，所述出液管上设有出液泵，所述进液泵和所述出液泵的开启或关闭由所述单片机控制，所述检测箱的上壁上固定一铜极和一容纳槽，所述铜极和所述容纳槽通过导线相连，对应所述容纳槽位置处的所述检测箱的上壁上设有开孔，所述开孔内设有密封塞，所述容纳槽上设有若干个小孔或所述容纳槽为网状结构，且所述容纳槽的材质为导体；所述进液管上设有若干个贯穿入检测箱内部的进液孔，所述出液管上设有若干个贯穿入检测箱内部的出液孔，所述数字万用表串联在导线上、并与所述单片机相连。

进一步，还包括补给组件，所述出液泵上连接回流管，所述补给组件与所述回流管相连。

进一步，所述补给组件包括线上浓度计、流量阀一、流量阀二和补给管，所述线上浓度计和流量阀一均设置在回流管上，所述回流管连通储液箱，所述流量阀二设置在补给管上，所述补给管连接回流管；所述线上浓度计、流量阀一和流量阀二均与单片机相连。

进一步，所述检测箱上端部设有端盖。

另外，本发明还提供一种采用上述的锡层厚度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤一，加液：开启进液泵向检测箱内注入电解液，电解液浓度为C₀，待检测箱内电解液注满后，由设置在检测箱顶部的液位传感器向单片机发送液位信息，单片机接收到信息后，向出液泵发出工作指令，且出液速率和进液速率相等；

步骤二，待测工件检测：将待测工件放置于容纳槽内，盖上密封塞和端盖，打开补给组件，单片机通过流量阀二控制补给管内补给液的流量，从而保证进入储液箱内的电解液浓度为C₀；数字万用表检测被测工件—导线—铜极通路内的电流数据发送给单片机，当数字万用表显示的电流数据发生突变时，单片机向进液泵和出液泵发送停止工作指令，检测结束；

步骤三，数据处理：数字万用表将电流数据发送给单片机，由数据处理器对电流信息进行计算处理得到待测工件锡层的厚度数据。

进一步，步骤三中，数据处理的具体过程如下：

数字万用表检测的电流数据为I，检测开始时间为T₀，结束时间为T_t，则锡层产生的电荷量Q=I(T_t-T₀)，从而可以计算出锡层产生的电子数N=Q/e= I(T_t- T₀) / e，其中e为一个电子所带的电荷量，电子的摩尔数n_e=N/N_A；

而锡层的摩尔数n = m/M=n_e/2=N/2N_A，其中，m为锡层的质量，M为锡的摩尔质量，N_A为阿伏伽德罗常数，而锡层的质量m=ρV，其中ρ为锡层的密度，V为锡层的体积，因此，V=(NM)/(2ρN_A)，从而计算出锡层的厚度h=V/S=(NM)/(2ρN_AS)，其中S为工件的表面积。

进一步，步骤二中，补给液流量的控制方法如下：

通过流量阀一的电解液的流量Q₁已知，且Q₁=V₁/T₁，流过流量阀二的补给液的流量Q₂=V₂/T₂，其中，V₁为通过流量阀一电解液的体积，T₁为电解液通过流量阀一的时间，在线浓度计检测到通过流量阀一电解液的浓度为C₁，补给液的浓度C₂已知，T₁和T₂相等、且均取单位时间，则单位时间内通过流量阀一电解液溶质的质量m₁=C₁V₁=C₁Q₁，单位时间内通过流量阀二的补给液溶质的质量m₂=C₂V₂=C₂Q₂，而储液箱内的电解液浓度为C₀=(m₁+m₂)/(V₁+V₂)，换算得到Q₂=(C₀-C₁)Q₁/(C₂-C₀)。

本发明所达到的有益技术效果：本发明提供一种锡层厚度检测装置及检测方法，采用自动化控制的过程，利用原电池的原理，有效控制电解液的浓度恒定，从而得到原电池通路中的恒定电流，再通过计算获得被测工件的锡层的厚度。方法简单，易操作，而且精确度高。

附图说明

图1本发明之锡层厚度检测装置结构示意图；

图2本发明之锡层厚度检测装置组成框图。

其中：1检测箱；2进液管；3进液泵；4储液箱；5进液孔；6铜极；7导线；8容纳槽；9密封塞；10端盖；11出液管；12出液孔；13出液泵；14线上浓度计；15流量阀一；16流量阀二；17补给管；18回流管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

如图1-2所示，本发明提供一种锡层厚度检测装置，包括检测箱1、数字万用表、进液管2、单片机、数据处理器、出液管11和储液箱4，所述进液管2和所述出液管11嵌入所述检测管1相对的两侧壁内，所述进液管2连接储液箱4、且设有进液泵3，所述出液管11上设有出液泵13，所述进液泵3和所述出液泵13的开启或关闭由所述单片机控制，所述检测箱1的上壁上固定一铜极6和一容纳槽8，所述铜极6和所述容纳槽8通过导线7相连，对应所述容纳槽8位置处的所述检测箱1的上壁上设有开孔，所述开孔内设有密封塞9，所述容纳槽8上设有若干个小孔或所述容纳槽8为网状结构，且所述容纳槽8的材质为导体；所述进液管2上设有若干个贯穿入检测箱内部的进液孔5，所述出液管11上设有若干个贯穿入检测箱内部的出液孔12，所述数字万用表串联在导线7上、并与所述单片机相连。

使用时，开启进液泵向检测箱内注入电解液，待检测箱内电解液注满后，由设置在检测箱顶部的液位传感器向单片机发送液位信息，单片机接收到信息后，向出液泵发出工作指令，且出液速率和进液速率相等，此时检测箱内的进液速率和出液速率相等，从而保证检测箱内电解液的浓度始终保持不变，进而保证原电池通路内产生的电流恒定。

由于工件上锡层的溶解，被消耗的电解液浓度变小后从出液管流出，然后对其进行补液后，通过回流管18返回储液箱4。因此在出液泵13处设置补给组件，所述出液泵13连接回流管18，所述补给组件与所述回流管18相连。所述补给组件包括线上浓度计14、流量阀一15、流量阀二16和补给管17，所述线上浓度计14和流量阀一15均设置在回流管18上，所述回流管18连通储液箱4，所述流量阀二16设置在补给管17上，所述补给管17连接回流管18；所述线上浓度计14、流量阀一15和流量阀二16均与单片机相连。线上浓度计14检测到出液管11内电解液的浓度信息发送给单片机，单片机结合其流量，计算出补给管内补给液的流量。

所述检测箱1上端部设有端盖10，可以防止杂质进入检测箱。

另外，本发明还提供一种采用上述的锡层厚度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤一，加液：开启进液泵向检测箱内注入电解液，电解液浓度为C₀，待检测箱内电解液注满后，由设置在检测箱顶部的液位传感器向单片机发送液位信息，单片机接收到信息后，向出液泵发出工作指令，且出液速率和进液速率相等；

步骤二，待测工件检测：将待测工件放置于容纳槽内，盖上密封塞和端盖，打开补给组件，单片机通过流量阀二控制补给管内补给液的流量，，从而保证进入储液箱内的电解液浓度为C₀；数字万用表检测被测工件—导线—铜极通路内的电流数据发送给单片机，当数字万用表显示的电流数据发生突变时，单片机向进液泵和出液泵发送停止工作指令，检测结束；

其中，补给液流量的计算过程如下：

通过流量阀一的电解液的流量Q₁已知，且Q₁=V₁/T₁，流过流量阀二的补给液的流量Q₂=V₂/T₂，其中，V₁为通过流量阀一电解液的体积，T₁为电解液通过流量阀一的时间，在线浓度计检测到通过流量阀一电解液的浓度为C₁，补给液的浓度C₂已知，T₁和T₂相等、且均取单位时间，则单位时间内通过流量阀一电解液溶质的质量m₁=C₁V₁=C₁Q₁，单位时间内通过流量阀二的补给液溶质的质量m₂=C₂V₂=C₂Q₂，而储液箱内的电解液浓度为C₀=(m₁+m₂)/(V₁+V₂)，换算得到Q₂=(C₀-C₁)Q₁/(C₂-C₀)。

步骤三，数据处理：数字万用表将电流数据发送给单片机，由数据处理器对电流信息进行计算处理得到待测工件锡层的厚度数据；具体过程如下如下：

数字万用表检测的电流数据为I，检测开始时间为T₀，结束时间为T_t，则锡层产生的电荷量Q=I(T_t-T₀)，从而可以计算出锡层产生的电子数N=Q/e= I(T_t- T₀) / e，其中e为一个电子所带的电荷量，电子的摩尔数n_e=N/N_A；

而锡层的摩尔数n = m/M=n_e/2=N/2N_A，其中，m为锡层的质量，M为锡的摩尔质量，N_A为阿伏伽德罗常数，而锡层的质量m=ρV，其中ρ为锡层的密度，V为锡层的体积，因此，V=(NM)/(2ρN_A)，从而计算出锡层的厚度h=V/S=(NM)/(2ρN_AS)，其中S为工件的表面积。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种锡层厚度检测装置，其特征在于：包括检测箱、数字万用表、进液管、单片机、数据处理器、出液管和储液箱，所述进液管和所述出液管嵌入所述检测管相对的两侧壁内，所述进液管连接储液箱、且设有进液泵，所述出液管上设有出液泵，所述进液泵和所述出液泵的开启或关闭由所述单片机控制，所述检测箱的上壁上固定一铜极和一容纳槽，所述铜极和所述容纳槽通过导线相连，对应所述容纳槽位置处的所述检测箱的上壁上设有开孔，所述开孔内设有密封塞，所述容纳槽上设有若干个小孔或所述容纳槽为网状结构，且所述容纳槽的材质为导体；所述进液管上设有若干个贯穿入检测箱内部的进液孔，所述出液管上设有若干个贯穿入检测箱内部的出液孔，所述数字万用表串联在导线上、并与所述单片机相连。

2.根据权利要求1所述的锡层厚度检测装置，其特征在于：还包括补给组件，所述出液泵上连接回流管，所述补给组件与所述回流管相连。

3.根据权利要求2所述的锡层厚度检测装置，其特征在于：所述补给组件包括线上浓度计、流量阀一、流量阀二和补给管，所述线上浓度计和流量阀一均设置在回流管上，所述回流管连通储液箱，所述流量阀二设置在补给管上，所述补给管连接回流管；所述线上浓度计、流量阀一和流量阀二均与单片机相连。

4.根据权利要求1所述的锡层厚度检测装置，其特征在于：所述检测箱上端部设有端盖。

5.根据权利要求1-4任一项所述的锡层厚度检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，加液：开启进液泵向检测箱内注入电解液，电解液浓度为C₀，待检测箱内电解液注满后，由设置在检测箱顶部的液位传感器向单片机发送液位信息，单片机接收到信息后，向出液泵发出工作指令，且出液速率和进液速率相等；

步骤二，待测工件检测：将待测工件放置于容纳槽内，盖上密封塞和端盖，打开补给组件，单片机通过流量阀二控制补给管内补给液的流量，从而保证进入储液箱内的电解液浓度为C₀；数字万用表检测被测工件—导线—铜极通路内的电流数据发送给单片机，当数字万用表显示的电流数据发生突变时，单片机向进液泵和出液泵发送停止工作指令，检测结束；

步骤三，数据处理：数字万用表将电流数据发送给单片机，由数据处理器对电流信息进行计算处理得到待测工件锡层的厚度数据。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：步骤三中，数据处理的具体过程如下：

数字万用表检测的电流数据为I，检测开始时间为T₀，结束时间为T_t，则锡层产生的电荷量Q=I(T_t-T₀)，从而可以计算出锡层产生的电子数N=Q/e= I(T_t- T₀) / e，其中e为一个电子所带的电荷量，电子的摩尔数n_e=N/N_A；

而锡层的摩尔数n = m/M=n_e/2=N/2N_A，其中，m为锡层的质量，M为锡的摩尔质量，N_A为阿伏伽德罗常数，而锡层的质量m=ρV，其中ρ为锡层的密度，V为锡层的体积，因此，V=(NM)/(2ρN_A)，从而计算出锡层的厚度h=V/S=(NM)/(2ρN_AS)，其中S为工件的表面积。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：步骤二中，补给液流量的控制方法如下：

通过流量阀一的电解液的流量Q₁已知，且Q₁=V₁/T₁，流过流量阀二的补给液的流量Q₂=V₂/T₂，其中，V₁为通过流量阀一电解液的体积，T₁为电解液通过流量阀一的时间，在线浓度计检测到通过流量阀一电解液的浓度为C₁，补给液的浓度C₂已知，T₁和T₂相等、且均取单位时间，则单位时间内通过流量阀一电解液溶质的质量m₁=C₁V₁=C₁Q₁，单位时间内通过流量阀二的补给液溶质的质量m₂=C₂V₂=C₂Q₂，而储液箱内的电解液浓度为C₀=(m₁+m₂)/(V₁+V₂)，换算得到Q₂=(C₀-C₁)Q₁/(C₂-C₀)。

Images