CN111735849B - 一种电路板焊点质量的阀值筛选法和红外检测法 - Google Patents

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Abstract

一种电路板焊点质量的阀值筛选法和红外检测法，属于印刷电路板焊点质量无损检测技术领域，具体方案如下：一种电路板焊点质量的阀值筛选法，包括以下步骤：步骤一、标准焊点样本筛选；步骤二、不同缺陷程度的标准缺陷焊点制作；步骤三、不同缺陷程度的标准缺陷焊点的温升峰值标定；步骤四、设定阀值。一种电路板焊点质量的红外检测法，当待测焊点的温度峰值小于等于设定的阀值时判定为合格焊点，当其超过设定阀值时则判定为不合格焊点。本发明所述的电路板焊点质量的红外检测法利用设定好的阀值检测焊点内部是否有缺陷以及缺陷的程度，具有判别简单、高效的优点，易于实现检测过程的自动化和智能化。

Description

一种电路板焊点质量的阀值筛选法和红外检测法
技术领域
本发明属于印刷电路板焊点质量无损检测技术领域，具体涉及一种电路板焊点质量的阀值筛选法和红外检测法。
背景技术
电路板焊点缺陷是印刷电路板生产过程中的常见问题，由于其成因十分复杂，在生产过程中无法确保根除。有缺陷的焊点在如震动、温度变化等环境因素的作用下极易焊点开裂，导致电子产品早期失效。在航空、航天、高铁、汽车等领域，一个焊点的失效有可能产生不可估量的损失和影响。
现有电路板焊点质量检测技术主要有自动光学检测(AOI)和自动X射线检测(AXI)及飞针测试方法，遗憾的是上述所有方法皆无法检测出焊点的内部缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的技术对于外观正常、内部含有缺陷的电路板焊点无法进行检测的难题，提供一种电路板焊点质量的阀值筛选法。
本发明的第二个目的是提供一种电路板焊点质量的红外检测法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电路板焊点质量的阀值筛选法，包括以下步骤：
步骤一、制作若干个相同类型的电路板焊点，利用一固定功率m瓦的激光照射每个焊点固定的时间n秒，同时通过红外热像仪实时监测每个焊点和其引线处的温升过程，选取焊点温升曲线和其引线温升曲线相吻合的焊点作为标准焊点，并记录标准焊点的温度峰值；
步骤二、将步骤一筛选出的若干个标准焊点在靠近该焊点的引线处截掉部分引线，每个标准焊点截掉的部分引线宽度不等，获得若干个代表不同缺陷程度的标准缺陷焊点；
步骤三、利用与步骤一相同功率的激光照射每个标准缺陷焊点n秒，同时通过红外热像仪实时监测每个标准缺陷焊点的温升过程，记录每个标准缺陷焊点的温度峰值，获得不同缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值；
步骤四、设定阀值，阀值在大于等于标准焊点的温度峰值且小于等于可接受缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值之间选取。
进一步的，所述步骤一中，焊点温升曲线与其引线温升曲线相吻合的判断标准为：焊点温升曲线在升温过程无拐点，且焊点温升曲线与其引线温升曲线温度峰值之差为0～3℃进一步的，步骤一和步骤三中所述的激光照射在焊点上的区域的面积为整个焊点面积的50％～80％。
进一步的，所述步骤一中，激光功率m的大小为保证待测焊点的温升在0.5～2s间达到高于室温10～30℃。
进一步的，步骤一和步骤三中所述的红外热像仪对焊点的测温区的面积为整个焊点面积的50％～80％。
进一步的，所述步骤四中，阀值在大于等于标准焊点的温度峰值2～5℃，且小于等于可接受缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值之间选取。
一种电路板焊点质量的红外检测法，包括以下步骤：
利用固定功率m瓦的激光照射到待测焊点上，同时用红外热像仪实时监测待测焊点的温升曲线，当其温度峰值小于等于上述的阈值筛选法设定的阀值时判定为合格焊点，当其大于设定阀值时则判定为不合格焊点。
进一步的，激光照射在待测焊点上的区域的面积为整个焊点面积的50％～80％。
进一步的，激光功率m的大小为保证待测焊点的温升在0.5～2s间达到高于室温10～30℃。
进一步的，红外热像仪对焊点的测温区的面积为整个焊点面积的50％～80％。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明所述的电路板焊点质量的红外检测法利用设定好的阀值检测焊点内部是否有缺陷以及缺陷的程度，具有判别简单、高效的优点，易于实现检测过程的自动化和智能化。
附图说明
图1为本发明各组件的位置关系示意图，图中A为激光照射在焊点上的区域，B为红外热像仪对焊点的测温区；
图2为标准焊点检测示意图，图中A为激光照射在焊点上的区域，B为红外热像仪对焊点的测温区，C为红外热像仪对引线的测温区；
图3为标准焊点与其引线的温升曲线示意图，其中，D为标准焊点的温升曲线，E为标准焊点的引线的温升曲线；
图4为不同缺陷程度的标准缺陷焊点结构示意图；
图5为阀值设定示意图，其中，F为室温线，G为标准焊点温升曲线峰值线，H为可接受缺陷程度的缺陷焊点的温升曲线峰值线，I为元器件与引线完全开焊的焊点的温升曲线峰值线，J为阀值选取的范围；
图6为合格焊点的温升曲线示意图；
图7为内部具有气孔或夹杂缺陷的焊点的温升曲线示意图，O为焊点温升曲线上与气孔或夹杂缺陷相对应的畸变拐点；
图8为缺陷焊点与其引线的温升曲线示意图，K为缺陷焊点的温升曲线，L为缺陷焊点的引线的温升曲线；
图9为合格焊点的传热效果示意图；
图10为不合格焊点的传热效果示意图；
图11为L形引脚检测示意图，A为激光照射在引脚上的区域，B为红外热像仪对引脚的测温区；
图12为J形引脚检测示意图，A为激光照射在引脚上的区域，B为红外热像仪对引脚的测温区；
图13为插孔焊点检测示意图，A为激光照射在引脚/焊点上的区域，B为红外热像仪对引脚/焊点的测温区；
图中，1、焊点，2、元器件，3、引线，4、电路板，5、引脚。
具体实施方式
下面结合附图1-13和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
以下具体实施方式中，所描述的焊点1为用于焊接元器件2和引线3的钎料焊点，所述引线3设置在电路板4的表面，如图1所示。
具体实施方式一
一种电路板焊点质量的阀值筛选法，包括以下步骤：
步骤一、制作若干个相同类型的电路板焊点1，利用一固定功率m瓦的激光照射每个焊点1固定的时间n秒，同时通过红外热像仪实时监测每个焊点1和其引线3处的温升过程，如图2所示，选取焊点1温升曲线和其引线3温升曲线相吻合且曲线光滑无畸变拐点的焊点1作为标准焊点，如图3所示，并记录标准焊点的温度峰值；
步骤二、将步骤一筛选出的若干个标准焊点通过机械加工的方法在靠近该焊点1的引线3处截掉部分引线，每个标准焊点截掉的部分引线宽度不等，如图4所示，获得a、b、c、d、e等若干个不同缺陷程度的标准缺陷焊点；
步骤三、利用与步骤一相同功率的激光照射每个标准缺陷焊点n秒，同时通过红外热像仪实时监测每个标准缺陷焊点的温升过程，记录a、b、c、d、e等每个标准缺陷焊点的温度峰值，获得代表不同缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值；本具体实施方式中，某激光参数下，a、b、c、d、e每个标准缺陷焊点的温度峰值分别为Ta＝70℃，Tb＝65℃，Tc＝60℃，Td＝50℃，Te＝90℃，由此便建立了标准缺陷焊点缺陷程度的一个小型数据库；假设当实际待测焊点温度峰值为60℃时，则可判别存在如c标准缺陷焊点类似程度的缺陷；若为90℃时，则可判别存在如e标准缺陷焊点类似程度的缺陷，完全虚焊；
步骤四、设定阀值，阀值在大于等于标准焊点的温度峰值且小于等于可接受缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值之间选取，如图5所示，优选的，阀值在大于等于标准焊点的温度峰值2～5℃，且小于等于可接受缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值之间选取，可排除由于焊点表面差异和室温波动对检测结果的干扰。设定好阀值，即可进行实际检测，一般红外热像仪软件中都带有超温报警功能，当待测焊点1为合格焊点，其最高温度值小于阀值，红外热像仪不报警；当待测焊点有缺陷时，其最高温度值会超过阀值，红外热像仪自动声光报警，由此可知是哪个焊点存在不可接受程度缺陷，判定为不合格。
具体实施方式二
本具体实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，所述步骤一中，焊点1温升曲线与其引线3温升曲线相吻合的判断标准为：焊点温升曲线在升温过程中均无畸变拐点，如图6所示，且焊点温升曲线与其引线温升曲线温度峰值之差t1-t2为0～3℃；如图3所示。若焊点的温升曲线上有畸变拐点，如图7所示，则表明焊点1内部有气孔或夹杂缺陷，气孔或夹杂缺陷越小，畸变拐点越小，气孔或夹杂缺陷越大，畸变拐点越大，且一个气孔或一个夹杂缺陷对应一个畸变拐点；故温升曲线上有畸变拐点的焊点为缺陷焊点，不能作为标准焊点，将其排除掉；不合格的焊点1与其引线3连接不良有虚焊，导热效率低，两者温差较大，远大于标准焊点，如图8所示，故不能作为标准焊点，将其排除掉。合格的焊点1与其引线3连接良好，导热效率高，两者温差较小，如图3所示，可作为标准焊点。经步骤一所述的方法筛选出的标准焊点，可抽样经金相手段剖视其界面确定。
具体实施方式三
本具体实施方式是对具体实施方式一或具体实施方式二的进一步说明，所述步骤一和步骤三中所述的激光照射在焊点1上的区域A的面积为整个焊点1面积的50％～80％。生产实际中有的钎料焊点1有少许漏边也是可以接受的，扫描满的话有可能照射到引线3上；再一方面，实际检测由于坐标定位有可能有少许误差，避免激光照射到电路板4上，烧蚀阻焊膜。
具体实施方式四
本具体实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，所述步骤一中，激光功率m的大小为保证焊点1的温升在0.5～2s间达到高于室温10～30℃。温升过小则对缺陷程度的分辨率小，误差大；温升过高则有可能对焊点外观有损伤。
具体实施方式五
本具体实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，步骤一和步骤三中所述的红外热像仪对焊点1的测温区B的面积为整个焊点1面积的50％～80％。所述测温区B大于等于激光照射在焊点1上的区域A。
具体实施方式六
一种电路板焊点质量的红外检测法，包括以下步骤：
利用固定功率m瓦的激光照射到待测焊点1上，同时用红外热像仪实时监测待测焊点1的温升曲线，当其温度峰值小于等于具体实施方式一所述的方法设定的阀值时判定为合格焊点，当其超过设定阀值时则判定为不合格焊点。
进一步的，激光照射在待测焊点1上的区域A的面积为整个焊点面积的50％～80％。
进一步的，激光功率m的大小为保证待测焊点1的温升在0.5～2s间达到高于室温10～30℃。
进一步的，红外热像仪对待测焊点1的测温区B的面积为整个焊点面积的50％～80％。
判定原理：合格的焊点1与其引线3形成合金连接，热导率高，当以一固定能量激光加热钎料焊点后，其部分热量及时通过界面传导到引线3和元器件2上，如图9所示，钎料上的焊点处最高温度值基本是一恒定值，即同类合格焊点其最高温度值基本一样，(其大小取决于给定激光能量)，而同类的有缺陷的焊点无论是冷焊、虚焊、有气孔夹杂等都会导致其界面上热阻大于正常焊点，钎料焊点1上的热量无法传导出或少量传导出，这都会导致其最高温度值要高于合格焊点，由此原理当检测到焊点最高温度超过合格焊点温度值时即可判别该焊点有缺陷，不合格，如图10所示。
本发明同样适用于其他焊点形式，比如插孔焊点、L型、J型等多种焊点形式，对BGA类倒装类芯片引脚无法检测，(球状引脚在芯片下方，看不到)。对L型、J型引脚，激光是直接扫描在引脚上的；对插孔焊点激光可以扫描在元器件铜导线上或钎料焊点上，不能两者同时扫描。见图11-13。本发明中，激光照射在引脚上与激光照射在钎料焊点上的原理相同，均属于本发明的保护范围。
实施例1
焊点一(小)为连接一细铜线和铜焊盘引线的连接焊点，给定激光参数一，室温下测得合格焊点最高温度值为53℃。断开铜线测得最高温度值为62℃；断开铜焊盘引线测得其最高温度值为74℃；两者皆断开，其最高温度值为90℃。阀值的选取需高于合格焊点的最高温度值53℃，因断开铜线和断开铜焊盘引线均属于不可接受的缺陷程度，因此，阀值的选取需小于62℃，优选的，阀值在大于等于标准焊点的温度峰值2～5℃，且小于可接受缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值之间选取；考虑到室温波动及焊点形貌对检测结果的细微影响，将阀值设定为56℃，56℃高于53℃有3℃的差比较合适，同时与完全不可接受缺陷程度的62℃有6℃的差值，可保证通过检测的焊点即使有缺陷也是处于可接受的微小缺陷。通常，完美无缺的焊点只占一块电路板全部焊点的50％左右。以合格标准焊点的最高温度值作为阀值的话，返修率过高，厂家难以应对，也无必要，微小缺陷一般不影响产品使用寿命。
实施例2
焊点二(大)为多股导线与铜焊盘及引线的连接焊点，其热容量较大，给定激光参数二，室温下测得合格焊点最高温度值为42℃。断开铜导线测得最高温度值为51℃；断开铜焊盘引线测得其最高温度值为59℃；两者皆断开，其最高温度值为67℃。阀值的选取需高于合格焊点的最高温度值42℃，因断开铜导线和断开铜焊盘引线均属于不可接受的缺陷程度，因此，阀值的选取需小于51℃，优选的，阀值在大于等于标准焊点的温度峰值2～5℃，且小于可接受缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值之间选取；考虑到室温波动及焊点形貌对检测结果的细微影响，将阀值设定为45℃，45℃高于42℃有3℃的差比较合适，同时与完全不可接受缺陷程度的51℃有6℃的差值，可保证通过检测的焊点即使有缺陷也是处于可接受的微小缺陷。通常，完美无缺的焊点只占一块电路板全部焊点的50％左右。以合格标准焊点的最高温度值作为阀值的话，返修率过高，厂家难以应对，也无必要，微小缺陷一般不影响产品使用寿命。

Claims (10)

1.一种电路板焊点质量的阀值筛选法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制作若干个相同类型的电路板焊点(1)，利用一固定功率m瓦的激光照射每个焊点(1)固定的时间n秒，同时通过红外热像仪实时监测每个焊点(1)和其引线(3)处的温升过程，选取焊点温升曲线和其引线温升曲线相吻合的焊点作为标准焊点，并记录标准焊点的温度峰值；
步骤二、将步骤一筛选出的若干个标准焊点在靠近该焊点(1)的引线(3)处截掉部分引线，每个标准焊点截掉的部分引线宽度不等，获得若干个代表不同缺陷程度的标准缺陷焊点；
步骤三、利用与步骤一相同功率的激光照射每个标准缺陷焊点n秒，同时通过红外热像仪实时监测每个标准缺陷焊点的温升过程，记录每个标准缺陷焊点的温度峰值，获得不同缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值；
步骤四、设定阀值，阀值在大于等于标准焊点的温度峰值且小于等于可接受缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值之间选取。
2.根据权利要求1所述的一种电路板焊点质量的阀值筛选法，其特征在于：所述步骤一中，焊点温升曲线与其引线温升曲线相吻合的判断标准为：焊点温升曲线在升温过程中无拐点，且焊点温升曲线与其引线温升曲线温度峰值之差为0～3℃。
3.根据权利要求1所述的一种电路板焊点质量的阀值筛选法，其特征在于：步骤一和步骤三中所述的激光照射在焊点上的区域的面积为整个焊点面积的50％～80％。
4.根据权利要求1所述的一种电路板焊点质量的阀值筛选法，其特征在于：所述步骤一中，激光功率m的大小为保证待测焊点的温升在0.5～2s间达到高于室温10～30℃。
5.根据权利要求1所述的一种电路板焊点质量的阀值筛选法，其特征在于：步骤一和步骤三中所述的红外热像仪对焊点的测温区的面积为整个焊点面积的50％～80％。
6.根据权利要求1所述的一种电路板焊点质量的阀值筛选法，其特征在于：所述步骤四中，阀值在大于标准焊点的温度峰值2～5℃，且小于等于可接受缺陷程度的标准缺陷焊点的标定值之间选取。
7.一种电路板焊点质量的红外检测法，其特征在于，包括以下步骤：
利用固定功率m瓦的激光照射到待测焊点(1)上，同时用红外热像仪实时监测待测焊点(1)的温升曲线，当其温度峰值小于等于权利要求1-6任一项权利要求所述的阈值筛选法设定的阀值时判定为合格焊点，当其大于设定阀值时则判定为不合格焊点。
8.根据权利要求7所述的一种电路板焊点质量的红外检测法，其特征在于：激光照射在待测焊点上的区域的面积为整个焊点面积的50％～80％。
9.根据权利要求7所述的一种电路板焊点质量的红外检测法，其特征在于：激光功率m的大小为保证待测焊点的温升在0.5～2s间达到高于室温10～30℃。
10.根据权利要求7所述的一种电路板焊点质量的红外检测法，其特征在于：红外热像仪对焊点的测温区的面积为整个焊点面积的50％～80％。
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