CN112444656A - 检查电路板和电流传感器间至少一个焊接部的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在此描述检查印刷电路板和电流传感器之间的至少一个焊接部的方法。本公开涉及一种用于检查印刷电路板(120)和电流传感器(100；300)之间的至少一个焊接部的概念，该概念包括：借助于电流传感器(100；300)测量(414)通过焊接部的电流；根据电流测量(408；416)电流传感器(100；300)的至少一个温度；和基于温度和电流确定(420)焊接部的质量。

Description

检查电路板和电流传感器间至少一个焊接部的装置和方法
技术领域
本公开涉及一种用于检查电路板和电流传感器之间的至少一个焊接部的装置和方法。
背景技术
通过汽车领域的电气化和工业自动化使得电测量越来越受到重视。特别是对于要求高功率密度的应用，需要能被很容易地安装在印刷电路板上的电流传感器。在电流传感器被焊接到印刷电路板上的结构中，焊接部质量必须尽可能地好，以避免由于例如汇流排和电流传感器之间的不良导电性而造成的功率损失。
因此，对于确保尽可能低的附加电阻重要的是良好的导电性、无空腔的焊接部。带有空腔的不良焊接部会影响电流传感器的精度和灵敏度。电路板上低欧姆的电流传感器的典型电流范围为0至120A。尤其是在诸如50ARMS(RMS＝Root Mean Square均方根)之类的高电流应用中，重要的是保持较小的引入电阻以避免系统中的功率损耗，该引入电阻由将电流传感器引入电路中而产生。同样出于可靠性的原因，有必要在系统中确保良好的焊接部，其具有传感器焊盘和传感器表面之间较少的空腔或较高的导电率。因此，建议证明焊接部的质量。
对于不像引导电流的电源引脚那么大的低压逻辑引脚，可以利用功能测试来进行焊接位置验证。但是，必须检查电源引脚或高电流引脚的焊接部，以确保高导电性或较小的焊料腔。
例如，可以通过X射线(X射线检查)或自动光学检查(AOI) 来检查用于无线传感器的焊接部的质量。由于费力且成本较高，因此对每个焊接部件都进行X射线检查并不总是可行的。对于AOI，该设备必须配备引线尖端检查(LTI)功能(Lead Tip Inspection＝引线尖端检查)，以便能够部分或完全涂覆连接尖端。连接头上的可润湿涂层可在焊接后实现AOI，但同时也会增加生产成本。
因此，需要进一步的可能性来检查电路板和电流传感器之间的焊接部。
发明内容
这通过根据本发明的装置和方法来解决。有利的改进方案是以下的内容。
根据本公开的第一方面，提出了一种用于检查印刷电路板和电流传感器之间的至少一个焊接部的方法。通过焊接部的电流借助电流传感器进行测量。此外，根据电流测量电流传感器的至少一个温度。基于温度和电流确定焊接部的质量。
当测量流过电流传感器的电流并测量电流传感器中或电流传感器处的温度时，可以通过考虑这两个信息的算法来评估功率损耗。基于传感器封装中与电流有关的热评估，可以得出有关焊接位置质量或电导性的有价值的陈述。有关焊接位置质量的信息可以由电流传感器传递到其环境中。根据(用于温度和电流的)预定极限值，用户可以获得焊接位置的证明。
根据一些实施例，借助于集成在电流传感器中的温度传感器来测量温度。电流传感器通常还包括集成在电流传感器的壳体中的温度传感器。这可以用来避免单独的温度传感器和/或使温度测量更加准确。
根据一些实施例，对于检查焊接部而言，电流强度和电流持续时间是预定的或预设的。因此，无论焊接部的质量如何，都可以以预定范围内的电流强度施加通过焊接部的电流。根据焊接部的质量，将得出温度或温度曲线。在焊接部的质量较低时，原则上可以预期比在更高质量的传导良好的焊接部中更高的温度。
根据一些实施例，测量温度包括测量温度梯度。然后基于温度梯度和电流来确定焊接部的质量。例如，一种算法可以在测量电流(或由电流引起的磁场)时考虑温度梯度。如果在监视预设电流范围的过程中温度超过预设极值，则传感器可以指示违规。该算法可以通过使用预设查找表或通过将测得的电流和温度值与一些预设极值进行比较来完成。根据一些实施例，在施加电流之前测量电流传感器的第一温度，并且在结束施加电流时测量电流传感器的第二温度。可以基于第一温度和第二温度以及施加电流的持续时间，确定温度梯度。
根据一些实施例，在确定焊接部的质量时，将所测量的温度与先前针对电流和针对不同的焊接部质量所确定的温度进行比较。通过使用这种查找表，可以对焊接部质量进行有效的评估。
根据一些实施例，借助于与电流传感器集成的处理器来确定焊接部的质量。因此可以节省需要额外空间和/或电路消耗的外部处理器。
根据一些实施例，所测量的电流和所测量的温度经由接口从电流传感器传输到外部处理器，于是外部处理器基于此可以确定焊接部的质量。如果电流传感器没有合适的内部处理器，则这些实施例是合适的。
原则上，可以将基于不同原理的传感器用作电流传感器。例如，电流传感器可以包括至少一个霍尔传感器和/或磁阻(例如，AMR， GMR，TMR)传感器。
根据本公开的另一方面，提出了一种用于检查印刷电路板和电流传感器之间的至少一个焊接部的装置，其中该电流传感器设计为测量通过焊接部的电流和根据该电流测量电流传感器的至少一个温度，该装置包括处理器，用于基于温度和电流确定焊接部的质量。
处理器可以包括在电流传感器外部的处理器，并且电流传感器和处理器可以经由信号接口连接，用于传输指示测量的温度和电流的信号。另一方面，处理器和电流传感器也可以设计为集成电路。
附图说明
下面参考附图仅示例性地详细说明装置和/或方法的一些实例。在此示出：
图1A是电流传感器壳体的示例；
图1B是电流传感器覆盖区和焊接到印刷电路板(汇流排)上的电流传感器的示例；
图2A，B是焊料腔的示例；
图2C示出了在焊接部中低电导性的区域比例不同时的质量上不同的温度升高；
图3是用于检查印刷电路板和电流传感器之间的至少一个焊接部的装置的示例；和
图4是用于检查印刷电路板和电流传感器之间的至少一个焊接部的方法的示例。
具体实施方式
现在将参照示出了一些示例的附图更全面地描述各种示例。在附图中，为了清楚可以放大线、层和/或区域的厚度。
因此，虽然另外的示例能够具有各种修改和替换形式，但是其一些特定示例在图中示出并且随后进行详细描述。然而，这种详细描述并不将另外的示例限于所描述的特定形式。另外示例可以覆盖落在本公开范围内的所有修改、等价和备选。相似的附图标记在附图的描述中表示相似或类似的元件，当相互比较时可以以相同的或以修改的形式实施，同时提供相同或类似的功能。
应当理解，当一个元件被称作“连接”或“耦合”至另一个元件时，这些元件可以直接连接或耦合或者经由一个或多个中间元件连接或耦合。如果使用“或者”组合两个元素A和B，则理解为公开了所有可能的组合，即仅A、仅B以及A和B。相同组合的备选措辞是“A 和B中的至少一个”。这同样适用于两个以上元素的组合。
本文用于描述特定示例的术语并不旨在限制另外的示例。无论何时使用诸如“一个”和“一”的单数形式，以及仅使用单个元素既不是明示或暗示定义为强制性的，另外的示例也可以使用多个元素来实施相同的功能。类似地，当随后将功能描述为使用多个元素实施时，另外的示例可以使用单个元素或处理实体来实施相同的功能。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、处理、动作、元素、部件和/或它们的组的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、处理、动作、元素、部件和/或它们的任何组的存在或添加。
除非另有定义，否则所有术语(包括技术和科学术语)在本文中以其在该示例所属领域的普通含义使用。
图1A以俯视图和仰视视角示出了壳体102中的示例性集成的磁场传感器电路100。通过测量磁场，然后可以推断出引起磁场的电流，从而磁场传感器电路在下面也被称为电流传感器。
磁场传感器电路或电流传感器100在此包括差分霍尔传感器 104-1、104-2，它们布置在壳体102中的导流线106上方。在霍尔传感器104-1、104-2和导流线106之间设置电绝缘体108。电流传感器 100在壳体102内借助连接线110与接口112连接，以便将电流传感器100与其他部件、例如外部处理器耦合。在传感器壳体102的底侧上，设置有连接焊盘114-1、114-2，以将导流线106与外部导流线(图 1A中未示出)、例如汇流排114-1、114-2连接。此外，示出了连接焊盘116以便将接口112与其他部件连接。传感器壳体102的连接焊盘114-1、114-2、116可以例如被焊接到印刷电路板(图1A中未示出)上。这在图1B中示意性地示出。在下文中，术语“电流传感器”通常也用于表示图1A的被封装的传感器电路，也就是说，在壳体中的电流传感器，并且可以在壳体中包括其他电路部件。
图1B示出了没有(在下面)和具有(在上面)焊接的传感器壳体102的印刷电路板120。
电路板120包括导体轨道或汇流排122。在为电流传感器提供的位置处，汇流排122被中断并且具有对应于连接焊盘114-1、114-2 的连接焊盘124-1、124-2。传感器壳体102的连接焊盘114-1、114-2 可以与印刷电路板120的连接焊盘124-1、124-2焊接，以便将电流传感器连接到汇流排122。因此在电路板120和电流传感器100之间创建了焊接部。本公开涉及用于测试这种焊接部的构思。
图2A和2B示意性地示出了具有不同导电性的连接焊盘114和 124之间的不同焊接部。图2A示出了主要具有高导电率的区域202 (没有空腔)的焊接部。区域202代表在导流线106和印刷电路板120 之间的完整的导电焊接位置。低导电性的区域(例如由于空腔)由参考标号204标识出。另一方面，图2B示出了由于许多低电导性的区域204(空腔，也被称为缩孔或焊接缩孔)而导致的导电性相对较差的焊接部。区域204代表导流线106和印刷电路板120之间的非导电的焊接位置。
由于汇流排和电流传感器之间的焊接部中的空腔204过多，当电流流过系统中的焊接部时，温度升高可能超过所需的极限值。焊接电流传感器后，电流传感器的有效灵敏度也会发生变化，因为不良的焊接部会降低焊接部的导电性，从而使电流很难流过电流传感器。由于导电性差，高电流路径106、122中的功率损耗增加。
图2C示出了在焊接部中低电导性的区域204比例不同时的质量上不同的温度升高。
曲线206代表在没有空腔的完美焊接部的情况下，电流传感器中或电流传感器上的温度升高，同时特定有效电流强度的电流流过汇流排(传感器壳体)。曲线208表示在焊接部具有10％的空隙份额时电流传感器处的温度升高。曲线210代表在焊接部具有30％的空隙份额时电流传感器处的温度升高。曲线212表示在焊接部不良且具有高空隙份额时电流传感器处的温度升高。尽管温度升高206、208、210仅略有不同，但是温度升高212明显向上偏离。本公开使得能够识别这种最坏情况。图2C示出了一个示例，其中在最坏情况下由于存在焊料腔而将传感器温度设置为55℃。该极限可以用来指示差电导性。
图3示出了根据实施例的用于检查印刷电路板和电流传感器之间的至少一个焊接部的装置300的框图。
如图3所示，装置300可以安置在传感器壳体102中，该传感器壳体包封磁场传感器芯片或电流传感器100。电流传感器100可以包括差动霍尔传感器元件104-1、104-2，其布置在内部导流线106的上方、下方或旁边。对于本领域技术人员显而易见的是，也可以使用其他传感器技术，例如磁阻传感器技术。装置300可以包括连接焊盘 114-1、114-2，以借助(待测试的)焊接部将内部导流线106与外部导流线连接。借助于电流传感器100，可以通过焊接部和内部导流线 106测量电流，并且可以在模数转换器(ADC)302的输出端提供相应的(数字)电流测量信号304。装置300还包括温度传感器306，以便根据通过焊接部或内部导流线106的电流来测量电流传感器100 的至少一个温度。可以借助于温度传感器306来测量电流传感器100 附近的温度，并且可以在ADC 308的输出处提供相应的(数字)温度测量信号310。应当理解，根据一些实施例，温度传感器306可以与电流传感器100一起布置在共同的传感器壳体内。然而，温度传感器306布置在传感器壳体102外部的实施例也是可能的。此外，可以想到实施例：其中电流传感器和温度传感器分享ADC，该ADC可以例如以多路复用模式操作。也可以考虑模拟信号的输出以及电流和温度升高的外部评估。
装置300还包括处理器320，该处理器设计为基于电流测量信号 304和温度测量信号310来确定焊接部的质量。应当理解，根据一些实施例，处理器320可以与电流传感器100一起布置在公共传感器壳体内。然而，处理器320布置在传感器壳体外部的实施例也是可能的。对于检查焊接部而言，可以预定经由连接焊盘114-1、114-2施加的电流的电流强度和持续时间。这意味着，内部导流线106以预定的电流强度施加电流，而与焊接部的质量无关。这可以借助于电流传感器100 来测量和检查。
如已经参照图2C所解释的，焊接部的不同质量导致在预定电流下传感器壳体102中的不同温度。因此，在一些实施例中，在测量周期结束时的温度测量信号310可以提供关于电导性进而焊接部的质量的说明。在一定电流值时，温度升高越高，电导性越差进而焊接部的质量也越差。例如，可以将针对预定电流强度所测量的温度与针对预定电流强度并且针对不同焊接部质量预先存储在可选存储器330(例如EEPROM)中的温度进行比较，并且因此可以获得有关焊接部质量的说明。
不仅可以在测量周期结束时获得最终温度，还可以确定温度梯度，并可以基于温度梯度和电流确定焊接部的质量，以便能够排除外围影响并与电流强度直接相关。为了确定温度梯度，可以在施加电流之前测量电流传感器的第一温度，并且可以在结束施加电流时测量电流传感器的第二温度。然后可以基于第一温度T1、第二温度T2和施加电流的持续时间Δt确定温度梯度(温度梯度＝(T2–T1)/Δt)。然后可以将针对预定电流强度确定的温度梯度与例如针对预定电流强度并且针对不同焊接部质量预先存储在可选存储器330中的温度梯度进行比较，从而可以获得关于焊接部质量的说明。
电流传感器装置300测量汇流排中的电流或磁场。还测量内部温度。该温度信息可用于根据电流检查温度行为。基于存储在存储器330 中的仿真和测量数据，温度梯度对初级电流和焊料腔的百分比的依赖性是已知的。
质量确定的结果可以通过接口112传送给外部处理器。在一个简单的实施例中，结果可以是“通过”(“1”)，“失败”(“0”) 形式的二进制。另外，电流传感器装置300可以经由接口112接收命令，诸如应进行焊接部的测试。为此可能的处理流程在图4中示出。
经由接口112从外部传送到电流传感器装置300的第一命令402 在电流传感器装置300侧触发方法400的开始，该方法用于检查电印刷电路板和电流传感器装置300之间的焊接部。在404处，在施加电流之前，首先测量在电流传感器100附近的电流传感器装置300的第一温度T1。在406处，所测量的温度T1被中间存储，并且信号408 经由接口112由电流传感器装置300(可选地向外)输出，以便用信号通知确定第一温度T1。优选地，在没有(功率)电流附在电流传感器上的情况下，测量温度404以及可选地存储406第一温度，这由图 4中针对步骤404和406的“未加电流”字段指示。当获取温度梯度时，有必要进行初始温度测量404。在这种情况下，要么没有电流、要么是如下电流流过汇流排，该电流的有效值与初始温度测量后的电流不同。可以从外部控制对电流的控制和施加。在电流值变化的应用中，评估过程(算法)也可以在没有外部控制的情况下自动进行。
如图3所示，在410、412处，具有预定电流强度和经过预定持续时间Δt的电流经由汇流排122和连接焊盘114被施加到内部线路 106中。在414处，借助电流传感器100测量电流。在416处，在测量周期结束时，借助温度传感器306测量第二温度T2。在418处，确定温度的增加(T2–T1)，并且，如果必要，确定电流增加。然后在 420处，可以评估此信息，并且可以通过接口112由电流传感器设备 300向外部传输焊接部质量确定的结果422。不言而喻，步骤418和 420也可以由外部处理器执行。
参考图3和图4描述的实施例使用一个或多个内部存储器以便存储用于计算温度梯度的温度T1和电流值(磁场值)，以便还检查电流 (磁场)的极限窗口。此外，可以提供内部存储器来存储查找表或用于温度和电流的预设值。提供了一个内部状态机以将测量值和存储值与存储的极限值进行比较。接口112可用于设置极限值并显示计算出的焊接部状态。
基于差焊接部质量的差电导性导致在测量路径中更高的功率损耗，因此，如结合图2C所讨论的，通过检测传感器中升高的温度上升，可以通过提出的构思来识别功率损耗。在测量流经传感器的电流并测量设备或壳体中的温度梯度时，可以使用考虑了这两种信息的算法来评估功率损耗。基于传感器壳体或封装中与电流有关的热评估，可以得出有关焊接部质量或电导性的有价值的说明。有关焊接点质量的信息可以由设备传递给周围环境。
与一个或多个之前详细描述的示例和附图一起提到和描述的方面和特征可以与一个或多个其他示例组合，以便代替其他示例的类似特征或者向其他示例附加地引入特征。
示例可以进一步是或涉及具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于在计算机程序在计算机或处理器上运行时执行上述一种或多种方法。上述各种方法的步骤，操作或过程可以由编程的计算机或处理器执行。示例也可以覆盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，这些设备是机器、处理器或计算机可读的，并且由指令对机器可执行的、处理器可执行的或计算机可执行的程序进行编码。指令引导上述方法的一些或全部步骤或引起这些步骤的实施。程序存储设备可以包括或作为例如数字存储、诸如磁盘和磁带之类的磁存储介质、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。其他示例可以覆盖被编程用于实施上述方法的步骤的计算机、处理器或控制单元，或者覆盖被编程用于实施上述方法的步骤的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA＝(现场)可编程逻辑阵列)或(现场)可编程门阵列((F)PGA＝(现场) 可编程门阵列)。
说明书和附图仅示出了本公开的原理。此外，此处列出的所有示例仅旨在明确地用于说明目的，以帮助读者理解本公开的原理以及发明人对进一步发展技术做出贡献的构思。这里关于本公开的原理，方面和示例的所有陈述以及其具体示例包括其等同形式。
表示为执行特定功能的“用于…的装置”的功能块可以表示被配置成执行特定功能的电路。因此，“用于某事的装置”可以被实施为“被配置成或者适合于某事的装置”，诸如被配置成或适合于相应的任务的部件或电路。
在附图中示出的各种元件的功能，包括标记为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于生成发射信号的装置”等的任何功能块可以以专用硬件的形式(诸如“信号提供器”、“信号处理单位”、“处理器”、“控制器”等)以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件的形式来实施。当由处理器提供时，可以通过单个专用处理器、单个共享处理器或者多个独立的处理器(其中一些或所有都被共享) 来提供功能。然而，术语“处理器”或“控制器”远不限于只能够执行软件的硬件，而是可以包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。也可以包括传统和/或定制的其他硬件。
例如，框图可以图示实施本公开原理的粗略电路图。类似地，流程图、状态转换图、伪代码等可以表示各种过程、操作或步骤，这例如可以在由计算机或处理器执行的计算机可读介质中基本表示，无论这种计算机或处理器是否被明确示出。在说明书或权利要求中公开的方法可以通过具有用于执行这些方法的每个相应动作的装置的设备来实施。
可以理解，说明书和权利要求中公开的多个步骤、过程、操作或功能的公开可以不以特定顺序构建，除非另有明示或暗示，例如出于技术原因。因此，多个步骤或功能的公开将不将它们限于特定顺序，除非这些步骤或功能由于技术原因而不可互换。另外，在一些示例中，单个步骤、功能、过程或操作可以分别包括或者可以分为多个子步骤、子功能、子过程或子操作。这些子步骤可以被包括在该单个步骤的公开中或是其一部分，除非明确排除。
另外，权利要求在此被并入到详细描述中，其中每个权利要求自身可以作为独立示例。虽然每个权利要求自身可以作为独立示例，但应当注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中引用与一个或多个其他权利要求的特定组合，但其他示例还可以包括该从属权利要求与每个其他从属权利要求或独立权利要求的主题的组合。本文明确提出这种组合，除非该特定组合是不想要的。另外，还将权利要求的特征包括到任何其他独立权利要求，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。

Claims (12)

1.一种用于检查印刷电路板(120)和电流传感器(100；300)之间的至少一个焊接部的方法(400)，包括：
借助于所述电流传感器(100；300)测量(414)通过所述焊接部的电流；
根据所述电流来测量(408；416)所述电流传感器(100；300)的至少一个温度；和
基于所述温度和所述电流来确定(420)所述焊接部的质量。
2.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，借助于集成在所述电流传感器(100；300)中的温度传感器(306)来测量所述温度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，对于所述焊接部的所述检查而言，所述电流的电流强度和持续时间是预定的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，测量(408；416)所述温度包括测量温度梯度，并且基于所述温度梯度和所述电流来确定所述焊接部的质量。
5.根据权利要求4所述的方法(400)，其中，在施加(412)所述电流之前，测量(406)所述电流传感器的第一温度，并且在结束施加所述电流时，测量(416)所述电流传感器的第二温度，以及其中，基于所述第一温度和所述第二温度以及施加所述电流的持续时间，确定所述温度梯度(418)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，在确定(420)所述焊接部的质量时，将所测量的所述温度与先前针对所述电流和针对不同焊接部质量所确定的温度进行比较。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，借助于与所述电流传感器集成的处理器(320)来确定所述焊接部的质量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，所测量的所述电流和所测量的所述温度经由接口(112)从所述电流传感器(100；300)传输到外部处理器，并且所述外部处理器基于所测量的所述电流和所测量的所述温度来确定所述焊接部的质量。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，所述电流传感器(100；300)包括至少一个霍尔传感器和/或磁阻传感器。
10.一种用于检查印刷电路板(120)和电流传感器(100；300)之间的至少一个焊接部的装置(300)，其中所述电流传感器(100；300)设计为测量通过所述焊接部的电流和根据所述电流来测量所述电流传感器的至少一个温度，其中所述装置(100；300)包括处理器(320)，所述处理器用于基于所述温度和所述电流来确定所述焊接部的质量。
11.根据权利要求10所述的装置(300)，其中，所述处理器是在所述电流传感器外部的处理器，并且所述电流传感器和处理器经由信号接口(112)耦合，所述信号接口用于传输指示所测量的所述温度和所述电流的信号。
12.根据权利要求10所述的装置(300)，其中，所述处理器(320)和所述电流传感器(100；300)设计为集成电路。
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