CN114994122B - 一种焊点虚焊检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种焊点虚焊检测的方法，属于印制电路板焊点无损检测技术领域。首先计算待检测焊点在整个受热过程中的有效平均温度即有效温度，然后经过多个合格焊点的标准试件和虚焊焊点的标准试件，得到合格焊点的有效温度范围和虚焊焊点的有效温度范围，最后通过将待检测焊点的有效温度与合格焊点的有效温度范围和虚焊焊点的有效温度范围进行对比，判定待检测焊点的焊点类型。本发明方法有效降低了因环境操作差异、测温波动变化等因素的影响，提高了合格焊点与虚焊焊点的差异化检测能力、检测精度和检测效率。
Description
技术领域
本发明属于印制电路板焊点无损检测技术领域，具体涉及一种基于红外测温数据检测焊点虚焊的方法。
背景技术
随着集成电路工业制造水平和技术要求的不断提高，SMT(Surface mountingtechnology)技术正朝着高集成度、高可靠性的小型化方向发展，这使得焊点在承担电、热、力学等过程的服役条件越来越苛刻，焊点逐渐成为最为薄弱的封装连接环节之一。对于航天军用领域和高精密电子器件的印制电路板，焊点缺陷本身始终难以根除，加之苛刻的应用环境对焊点缺陷的容存率更低，因此针对焊点缺陷的检测技术至关重要。根据相关标准定义，虚焊是焊料与焊接件的金属表面被氧化层或其他污物所隔离，没有形成金属合金，只是简单地依附在焊接件表面所造成的缺陷，是焊点加工最常见的缺陷之一。而对于焊点虚焊的检测，目前主流的检测方式包括自动X射线检测(AXI)、自动光学检测(AOI)等。
自动X射线检测(AXI)技术利用X射线的穿透特性检查焊料内部损伤，主要有2D直射式检测法和3D分层检测法两种，适用于BGA/CSP等封装器件下体积型缺陷的探查，不适用于有空腔的焊接结构，对平面型焊接缺陷如裂纹、润湿不良及冷焊等问题检验敏感度低。此外X射线对人体有害，设备较为昂贵。自动光学检测(AOI)技术则是通过CCD相机获取样品表面的光学图像，经过计算机软件处理与数据库中合格的焊点参数进行比较，从而判断该焊点有无缺陷。该方法自动化程度、稳定性高，但程序繁琐并且漏判、误点率高，而且不具备探查焊点内部缺陷的能力。
上述检测技术有着各自的应用优势与检测能力，但仍然不能实现对所有的焊点虚焊缺陷进行检测，尤其对于如局部润湿不良、焊料缺失与过量焊点等焊点问题，其外观正常又有电气连接，大大的增加了焊点缺陷检测的成本与难度。
激光脉冲红外测温作为主动激励方式的一种，基于热传导理论检测焊点的热特性变化，成为航天、机械和化工等领域广泛使用的无损检测技术。公开号为CN102183545B和CN101614688B的中国专利分别公开了针对虚焊缺陷的焊点红外检测方法，前者利用红外热像仪分别采集焊点与该焊点引线位置的动态温度曲线，比较两者的分布趋势以判断焊点合格情况；后者则基于虚焊缺陷焊点的物理状态引起的温度曲线拐点特征进行检测。但在实际应用过程中，不同焊点的外观、体积、形态参差不一，甚至有较大差异，另外由于激光激励过程中的加热角度、激光功率、激励时间和环境噪声干扰等不同，可能引起温度曲线拐点的波动变化，从而使得用温度值差值分析和拐点判断法存在明显的检测局限性。
发明内容
本发明的目的在于，提出了一种焊点虚焊检测的方法，以解决因焊点本身差异和激励条件的不同造成的测温数据波动性对焊点检测的误差影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种焊点虚焊检测的方法，包括以下步骤：
步骤1、采用激光激励装置加热待检测焊点，红外测温仪采集待检测焊点表面的热特性变化，得到待检测焊点的温度-时间曲线；
步骤2、提取待检测焊点热反馈时间Δt内的温度数据和时间数据，得到温度时间函数T(t)；其中，Δt＝t2-t1，T代表温度、单位为℃，t代表时间、单位为s；
步骤3、计算待检测焊点的有效温度Teff：
步骤4、对于M个合格焊点的标准试件，采用步骤1～3的过程，获取M个合格焊点的有效温度，得到合格焊点的有效温度范围；对于N个虚焊焊点的标准试件，采用步骤1～3的过程，获取N个虚焊焊点的有效温度，得到虚焊焊点的有效温度范围；其中，M和N为大于30的正整数；
步骤5、待检测焊点的判定：
当待检测焊点的有效温度落在合格焊点的有效温度范围内，且待检测焊点的热反馈时间Δt与激光激励装置的加热时间相等时，待检测焊点判定为合格焊点；
当待检测焊点的有效温度落在虚焊焊点的有效温度范围内，且待检测焊点的热反馈时间Δt大于激光激励装置的加热时间时，待检测焊点判定为虚焊焊点。
进一步的，所述有效温度表征待检测焊点在整个受热过程中的有效平均温度，反映了待检测焊点热量变化的特征水平。
进一步的，所述激光激励装置为半导体激光器，半导体激光器的功率为12～30W，加热时间为0.1～1.5s。
进一步的，所述红外测温仪的测温范围为0～500℃，采样频率不低于50Hz。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的一种焊点虚焊检测的方法，基于热传导理论，当金属焊料被施加热激励后，材料表面温度升高同时发生热传导，热流在传导过程中由于材料的异常结构缺陷产生热阻导致热量的积累，使得虚焊焊点的热散失较慢，在测温仪上就反应出温度曲线的差异化，定性说明了两种类型焊点(虚焊焊点和合格焊点)在响应外加热激励时的不同特性。
2、本发明提供的一种焊点虚焊检测的方法，首先计算待检测焊点在整个受热过程中的有效平均温度即有效温度，然后经过多个合格焊点的标准试件和虚焊焊点的标准试件，得到合格焊点的有效温度范围和虚焊焊点的有效温度范围，最后通过将待检测焊点的有效温度与合格焊点的有效温度范围和虚焊焊点的有效温度范围进行对比，判定待检测焊点的焊点类型。本发明方法有效降低了因环境操作差异、测温波动变化等因素的影响，提高了合格焊点与虚焊焊点的差异化检测能力、检测精度和检测效率。
附图说明
图1为合格焊点的温度-时间曲线；
图2为虚焊焊点的温度-时间曲线；
图3为虚焊焊点和合格焊点的温度-时间曲线趋势对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
本发明提供的一种焊点虚焊检测的方法，包括以下步骤：
步骤1、调节激光器、红外测温仪与待检测焊点的相对位置和角度，并设置激光器的功率为12～30W、加热时间为0.1～1.5s，红外测温仪的测温范围为0～500℃、采样频率不低于50Hz；采用激光器加热待检测焊点，红外测温仪采集待检测焊点表面的热特性变化，得到待检测焊点的温度-时间曲线；
步骤2、提取待检测焊点热反馈时间Δt内的温度数据和时间数据，得到温度时间函数T(t)；其中，Δt＝t2-t1，T代表温度、单位为℃，t代表时间、单位为s；
步骤3、计算待检测焊点的有效温度Teff：
步骤4、图1和图2分别为合格焊点和虚焊焊点的温度-时间曲线，由图1和图2可知，合格焊点和虚焊焊点都会经历较为平滑迅速的递增升温，当激光器加热结束后合格焊点热量急速衰减，从最高温度断崖式降低至初始状态；而对于虚焊焊点，其最高温度明显高于合格焊点最高温度，随后下降进入平台再衰减至初始状态，这说明热量在虚焊焊点上的传导出现了阻滞，定性的区分了两种焊点的差异。基于此，对于M个合格焊点的标准试件，采用步骤1～3的过程，获取M个合格焊点的有效温度，得到合格焊点的有效温度范围；对于N个虚焊焊点的标准试件，采用步骤1～3的过程，获取N个虚焊焊点的有效温度，得到虚焊焊点的有效温度范围；其中，M和N为大于30的正整数；
步骤5、待检测焊点的判定：
当待检测焊点的有效温度落在合格焊点的有效温度范围内，且待检测焊点的热反馈时间Δt与激光激励装置的加热时间相等时，待检测焊点判定为合格焊点；
当待检测焊点的有效温度落在虚焊焊点的有效温度范围内，且待检测焊点的热反馈时间Δt大于激光激励装置的加热时间，待检测焊点的温度-时间曲线趋势符合从最高温度下降进入平台再衰减至初始状态时，待检测焊点判定为虚焊焊点。
实施例
本实施例的待检测焊点为线圈的垫片焊点，焊点的直径为2mm；所用激光器为激光软钎焊机，激光功率为30W，加热时间为0.6s；所用红外测温仪的测温范围为0～500℃，采样频率不低于50Hz；激光光斑、红外测温光斑与焊点的大小相同。
步骤1、调节激光软钎焊机、红外测温仪与待检测焊点的相对位置和角度，采用激光软钎焊机加热待检测焊点，红外测温仪采集待检测焊点表面的热特性变化，得到待检测焊点的温度-时间曲线；
步骤2、提取待检测焊点热反馈时间Δt内的温度数据和时间数据，得到温度时间函数T(t)；其中，Δt＝t2-t1，T代表温度、单位为℃，t代表时间、单位为s；
步骤3、计算待检测焊点的有效温度Teff：
步骤4、焊接制作100个合格焊点的标准试件和100个虚焊焊点的标准试件；对于100个合格焊点的标准试件，采用步骤1～3的过程，获取100个合格焊点的有效温度，得到合格焊点的有效温度范围120℃±5℃；对于100个虚焊焊点的标准试件，采用步骤1～3的过程，获取100个虚焊焊点的有效温度，得到虚焊焊点的有效温度范围180℃±5℃；
步骤5、待检测焊点的判定：
当待检测焊点的有效温度落在合格焊点的有效温度范围内，且待检测焊点的热反馈时间Δt与激光激励装置的加热时间相等时，待检测焊点判定为合格焊点；
当待检测焊点的有效温度落在虚焊焊点的有效温度范围内，且待检测焊点的热反馈时间Δt大于激光激励装置的加热时间，待检测焊点的温度-时间曲线趋势符合从最高温度下降进入平台再衰减至初始状态时，待检测焊点判定为虚焊焊点。
图3为虚焊焊点和合格焊点的温度-时间曲线趋势对比图；由图3可知，在激光加热的0.6s时间之外，虚焊焊点较合格焊点持续了一小段时间的降温平台，说明了热量在虚焊焊点内传导的热阻差异。
Claims (3)
1.一种焊点虚焊检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用激光激励装置加热待检测焊点，红外测温仪采集待检测焊点表面的热特性变化，得到待检测焊点的温度-时间曲线；
步骤2、提取待检测焊点热反馈时间Δt内的温度数据和时间数据，得到温度时间函数T(t)；其中，Δt＝t2-t1，T代表温度，t代表时间；
步骤3、计算待检测焊点的有效温度Teff：
步骤4、对于M个合格焊点的标准试件，采用步骤1～3的过程，获取M个合格焊点的有效温度，得到合格焊点的有效温度范围；对于N个虚焊焊点的标准试件，采用步骤1～3的过程，获取N个虚焊焊点的有效温度，得到虚焊焊点的有效温度范围；其中，M和N为大于30的正整数；
步骤5、待检测焊点的判定：
当待检测焊点的有效温度落在合格焊点的有效温度范围内，且待检测焊点的热反馈时间Δt与激光激励装置的加热时间相等时，待检测焊点判定为合格焊点；
当待检测焊点的有效温度落在虚焊焊点的有效温度范围内，且待检测焊点的热反馈时间Δt大于激光激励装置的加热时间时，待检测焊点判定为虚焊焊点。
2.根据权利要求1所述的焊点虚焊检测的方法，其特征在于，所述激光激励装置为半导体激光器，半导体激光器的功率为12～30W，加热时间为0.1～1.5s。
3.根据权利要求1所述的焊点虚焊检测的方法，其特征在于，所述红外测温仪的测温范围为0～500℃，采样频率不低于50Hz。
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