CN1766582A - 一种用于判断焊膏成分质量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过将来自焊膏沉积物的荧光与具有助焊剂和金属球体的理想混合物的沉积物的荧光比较来判断焊膏沉积物质量的方法和装置。

Description

一种用于判断焊膏成分质量的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于判断焊膏成分的方法。进一步地，本发明涉及一种用于判断焊膏成分质量的装置。
背景技术
焊膏是包含直径通常为15-30微米的微小金属球体的粘稠物质。该金属球体以悬浮的方式容纳在通常称为助焊剂的有机粘性流体中。该膏体可以充分地流动以允许丝网印刷至诸如印刷电路板(PCB)之类的衬底上。该印刷厚度通常为80-200微米，而且已印刷的沉积物具有小至0.250平方毫米的面积。印刷后，元件以其电触头或引脚嵌入膏体中而放置于衬底上。接着以超过使膏体回流的膏体融化温度加热衬底并从而允许在元件引脚和衬底之间形成导电金属的连接。接着冷却组件从而固化焊膏并将元件固定在衬底上适当的位置。由于要求膏体焊球保持悬浮状态，助焊剂实现确保焊盘表面和元件引脚免受污染从而促进良好焊点形成的重要作用。一般地，在回流工艺期间焊膏的助焊剂成分会蒸发。
许多因素影响在元件引脚和印刷到衬底上的焊膏迹线之间形成的连接的质量。这些公知的因素之一涉及焊膏的成分，特别是成分的均质性。存在着这种情况，膏体沉积物实际上由比金属球体更多的助焊剂组成。在这种情况下，与元件形成在一起的连接的耐久性由于焊膏中较低的金属含量而降低。该技术问题如图1a-1c所示。图1a示出了具有布置在衬底表面上的三个单个的焊膏沉积物12、13和14的衬底10的图解。例如，沉积物12和13具有构成焊膏的金属球体和助焊剂的适当比例。然而，例如沉积物14具有在膏体混合物中较高浓度的助焊剂。如图1b可见，元件22、23和24分别放置在沉积物12、13和14的顶部上。图1c所示的下一个步骤是发生了回流的步骤。如前所述，这是将衬底加热至使焊膏重新变成流体的温度的结果。假如在膏体中使用金属球体和助焊剂的适当的混合物，就会如沉积物12和13所示在元件和沉积物之间建立良好的连接。然而，假如在膏体中使用金属球体和助焊剂的不适当的混合物，就会如沉积物14所示在元件和沉积物之间建立不好的或不充分的连接。这最终导致在衬底和元件之间不良的电接触以及元件所属电路的不适当的或完全的故障。
在通常使用表面安装技术元件的现代制造工艺中，在生产线上会进行一些形式的光学检测。通过使用两个不同的公知方法，即测定区域X和Y偏移量、模板θ和沉积面积的二维(2D)，和测定区域X和Y偏移量、模板θ、高度、面积和体积的三维(3D)来检测焊膏。然而，这些方法可判断膏体沉积物的外形，却不能判断膏体是否有适当的助焊剂含量。这是由于这样的事实，即具有高助焊剂含量的焊膏沉积物的外形与在膏体中具有金属球体和助焊剂的适当混合物的沉积物相同或很相似。因而，现存的光学检测方法不能检测在焊膏沉积物中较高或较低的助焊剂含量。
众所周知，助焊剂是有机化合物，且当暴露在足够强度和适当波长的紫外线(UV)光下这样的材料会发出荧光。欧洲专利No.1175276B1教导我们不具有任何焊球的助焊剂的已沉积的体积与由沉积物发出的荧光强度成正比。然而，该申请没有教导我们通过使用UV光测量沉积物的荧光可以判断膏体的混合质量，即助焊剂加上焊剂的含量。因而，本发明的目的是提供通过对UV诱发的荧光的使用判断膏体沉积物是否具有金属球体和助焊剂的适当成分的方法和装置两者。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于判断焊膏沉积物质量的方法，其包括以下步骤：用光源照射所述焊膏沉积物，所述光源被布置为以使所述沉积物发出荧光的波长发射激发射线；测量所发射的荧光射线强度；通过将所测量的荧光射线强度与预定强度值比较来计算所述焊膏沉积物中存在的助焊剂密度，从而指示了所述焊膏沉积物的质量，所述预定强度值表示目标助焊剂密度。
而且，根据本发明，提供了一种用于判断焊膏沉积物质量的装置，其包括布置以照射所述焊膏沉积物的光源，所述光源被布置为以使所述焊膏沉积物发出荧光的波长发射激发射线；布置为测量所发射的荧光射线强度的检测器；通过将所测量的荧光射线强度与预定强度值比较来计算所述焊膏沉积物中存在的助焊剂密度从而指示了所述焊膏沉积物的质量的装置，所述预定强度值表示目标助焊剂密度。
本发明有利地考虑到其上印制有焊膏的衬底(特别是印刷电路板)的在线检测，并考虑到判断焊膏的成分是否足以使得在回流期间可以在元件引脚和衬底之间建立充分的连接。这样的方法和装置将不仅提高采用这些方法和/或装置的生产线的成品率，而且最终增加了使用经历过本发明检测方法的衬底制成的电路的可靠性。
众所周知，助焊剂在暴露于空气时会蒸发，因而焊膏一旦从其容器中取出并暴露于空气时具有有限的保存期限。这意味着即使焊膏最初就由适当浓度的助焊剂和金属球体混合而成，但是其在回流工艺中仍然可能没有足够的助焊剂以在元件引脚和衬底之间建立充分的电接触。因而，当焊膏已经暴露于空气很长一段时间时，也可以有利地使用本发明的方法和装置来判断。例如，如果UV诱发的荧光的强度落在某一阈值以下，这会产生错误的信号，其指示焊膏不再具有在其混合物中存在的足够量的助焊剂以在回流工艺期间中建立充分的接触。
而且，所测量的荧光可以用来判断膏体的均质性。例如包括较高助焊剂组分的焊膏将比具有较低助焊剂含量的焊膏发出更多的荧光。类似地，低荧光信号将指示焊膏沉积物具有较低浓度的助焊剂。
附图说明
尽管本发明的主要优点和特征已在前面说明，通过参照附图和其后的详细说明将获得更好的理解和体会，其中：
图1a-1c示出了具有布置在衬底表面上的三个单个的焊膏沉积物的衬底的图解；
图2示出根据本发明所使用装置的实施例；和
图3示出根据本发明方法的步骤。
具体实施方式
从图2可见，其中同样出现在图1中的部件具有同一标号，本发明的装置包括布置为用射线41照射设置在衬底10上的沉积物12、13和14的光源31。用于此示例目的的光源是UV光源。该UV光源通常发射350-400纳米范围的射线。滤光器32置于UV光源的前面。滤光器的目的是滤去可见光从而确保只有合适波长(360-380纳米范围)的、通常为370纳米的UV光入射在沉积物12、13和14上。该UV光将从沉积物诱发出通常在400-550纳米范围内的荧光44。该荧光与所存在的助焊剂的量成比例。UV光源可以包括LED也可以结合在标准的照明头(lighting head)中。光源也可以围绕沉积物布置成环状以提高照明效果，使得可以不依赖照射角在跨越焊膏沉积物的区域处测量所发射的荧光射线。可以设计光源使得其可以为现有的装置而改型。
来自沉积物的荧光射向位于衬底上方的相机镜头组件30。UV阻挡滤光器33可置于相机镜头前面以便确保相机镜头组件仅检测来自发出荧光的焊膏沉积物的射线而不是来自周围暴露的铜的可见光反射。
可以设想本发明的方法和装置可以与其他已知的光学检测技术联合使用。例如，可以使用已知的光学技术来判断焊膏的体积，随后进行如本发明所述对焊膏中助焊剂的量的测量。或可选地可以测量焊膏的面积，随后进行对焊膏中助焊剂的体积的测量。或者最后可以如由图3所示步骤所描述的，基于其自身判断在焊膏中存在的助焊剂的量。
本方法这样启动(30)：通过用UV光源照射焊膏沉积物(32)。接着测定来自沉积物的荧光(34)，并将此值与目标值比较(36)。可以通过多种不同的方法进行对给定的沉积物是否为不合格的判断。例如，采用平均荧光，并与合格-不合格的阈值进行比较。或者可选地，可以采取(通过分析在沉积物上的荧光的分布)对沉积物密度的测量。可能发生的情况是平均助焊剂荧光会低于合格-不合格的阈值，但助焊剂密度却能足以促成良好的连接。在这情况下，沉积物将合格。从此比较中判断焊膏沉积物的质量(38)并结束工序(40)。
本发明并不意图局限于上述实施例，也可以在本权利要求的范围内设想其它的修改和变型。

Claims (14)

1.一种用于判断焊膏沉积物质量的方法，其包括：
用光源照射所述焊膏沉积物，所述光源被布置为以使所述沉积物发出荧光的波长发射激发射线，
测量所发射的荧光射线强度，
通过将所测量的荧光射线强度与预定强度值比较来计算所述焊膏沉积物中存在的助焊剂密度，从而指示了所述焊膏沉积物的质量，所述预定强度值表示目标助焊剂密度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中不依赖照射角在跨越所述焊膏沉积物的区域处测量所发射的荧光射线强度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定强度值表示所述助焊剂密度的阈值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述激发射线在350纳米至400纳米的范围内。
5.一种检测印刷电路板的方法，其包括如权利要求1-4中任一项所述的步骤。
6.一种用于判断焊膏沉积物质量的装置，其包括：
布置以照射所述焊膏沉积物的光源，所述光源被布置为以使所述焊膏沉积物发出荧光的波长发射激发射线，
布置为测量所发射的荧光射线强度的检测器，
通过将所测量的荧光射线强度与预定强度值比较来计算所述焊膏沉积物中存在的助焊剂密度从而指示了所述焊膏沉积物质量的装置，所述预定强度值表示目标助焊剂密度。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述光源是紫外线光源。
8.根据权利要求7所示的装置，其中所述紫外线光源发射在350纳米至400纳米的波长范围内的射线。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其中所述光源绕所述焊膏沉积物布置成环状。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其中在所述光源的前面布置滤光器，所述滤光器构造成使紫外线射线透射。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述滤光器透射370纳米的射线。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的装置，其中在所述检测器的前面布置其他滤光器，所述其他滤光器构造成使所发射的荧光射线透射。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述其他滤光器使在400纳米至550纳米的波长范围内的射线透射。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的装置，其中作为改型对象，所述光源可附装到现有的照明头。
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