CN201594083U

CN201594083U - 一种焊点损伤在线监测系统

Info

Publication number: CN201594083U
Application number: CN2010201057023U
Authority: CN
Inventors: 关永; 刘鹏; 刘琨
Original assignee: Capital Normal University
Current assignee: Capital Normal University
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2020-01-29

Abstract

本实用新型涉及一种焊点损伤在线监测系统，其特征在于：该监测系统包括内部嵌有软IP核的被测芯片及芯片外部电路模块；其中，该外部电路模块包括稳压电源模块，信号源模块，芯片承载模块，信号处理模块，PC机和通信接口及连接线；所述的被测芯片是整个系统的核心，它被焊接到芯片承载模块上；该被测芯片内部嵌入软IP核；所述的稳压电源模块与芯片承载模块相连；所述的信号源模块与被测芯片相连；所述的芯片承载模块与被测芯片和芯片外部电路模块相连；所述的信号处理模块与芯片承载模块和PC机相连。

Description

一种焊点损伤在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种焊点损伤在线监测系统。该系统通过一个与被测芯片设计到同一个系统上的焊点检测芯片，能对多种芯片的焊点损伤进行监测。属于焊点损伤监测领域。

背景技术

如今电子产品的更新换代越来越快，但无论这些产品如何变化，以目前的技术而言，多数电子仍然需要用到印制电路板(PCB)。而在往印制电路板上安装元件时，元件的焊点可靠性成为很重要的一个指标。随着技术的不断发展，复杂元件的尺寸在不断增大，而元件的引脚却越来越密集，尤其是球栅阵列(BGA)封装的器件。这些器件被焊接到PCB板上后，由于器件和PCB板使用的材料是不同的，因此他们在受热时的膨胀系数也不同，同时由于温度、湿度、振动、冲击、扭力等外界环境的变化，导致器件焊点容易发生破裂；但此时，由于焊点仍然能和PCB板接触，所以会发生间歇性失效，如果用普通的通断检测，这种失效方式是无法被检测出来的。

如果能有一种系统或者一些模块能够快速的，实时的检测出器件的间歇性失效，将是器件焊点检测方面一项极大的进步。

目前国内外对焊点检测的方法有非破坏性，破坏性和环境监测等几种方式，下面是一些常用的焊点检测方法：

●目视检测

目视检测是最常用的焊点质量检测方法，是非破坏性的焊点检测方法，但受限于检测人员的能力，其检测速度和精度是十分低下的。尤其是对于已经焊接在PCB板上的BGA封装的芯片，要目测其焊点损伤是完全不可能的。

●电器检测

电器检测是在器件加电的情况下，检测器件是否满足所要求的规范，能够检测出目视检测不能发现的一些裂纹和桥连等问题。这种检查属于通断检测，是无法检测出焊点破裂导致的间歇性失效的。

●X射线检测

X射线检测是利用X射线能穿透物质并在物质有衰减的特性来发现缺陷，主要针对的是焊点内部缺陷。这种方法能检测到器件焊点内部的破裂，但是检测设备的造价十分昂贵，而且也不可能实时的对器件进行监测，X射线对人体也会造成巨大的伤害。

●超声波检测

超声波检测利用超声波束能透入金属材料的深处，由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检测焊点的缺陷。这种检测方法虽然对人体无害，但成本也比较高，同时还不能对缺陷进行定性和定量的判定。

以上几种检测方法，是在不对器件的焊点造成破坏的情况下，对焊点问题进行检测的方法，而使用破坏性检测方法，会器件的焊点甚至器件本身造成破坏，导致被测器件无法再次投入工作，所以一般不使用这类方法来检查器件的焊点问题，如下面两种检测方法：

●机械性破坏检测

机械性破坏检测是将焊点进行机械性破坏，从焊点的强度和断裂面来检查缺陷。这种方法会破坏焊点的完整性，导致检测后的器件无法再次投入使用，因此多用于产品的抽检。

●显微组织检测

显微组织检测是将焊点切片、研磨、抛光后用显微镜来观察且界面，能用于发现焊料杂质、熔蚀、组织结构、合金层的微小裂纹等。这种方法实现起来很复杂，分辨率也较低。

还有一些方法，诸如染色试验荧光渗透剂检测，化学分析法等，这些方法大多操作复杂，不能在器件工作时进行检测，并且可能对器件造成一定的损伤。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种焊点损伤在线监测系统，具体而言，就是在芯片处于不同温度、湿度、振动、冲击、扭力等外界环境下，对芯片焊点的损伤进行监测。这种监测是实时的、在线的对芯片焊点进行监测，并且不会破坏芯片本身的结构，完全不同于目前市场上已有的需要器件拆卸以后才能进行检测的方法。

本实用新型一种焊点损伤在线监测系统，是一种能嵌入到可编程芯片内部进行芯片焊点损伤检测的软IP核及芯片外部所需添加的电路模块。其中，所述的焊点损伤检测软IP核是整个系统的核心，他负责整个系统的数据收集，分析和比对，然后通过输入/输出(I/O)端口与外部电路模块进行交互。其中，所述的芯片焊点损伤检测的芯片外部电路模块，其作用是对信号进行前期处理，将原始信号变为芯片内部软IP核能识别的信号，然后送给此软IP核进行处理。同时，芯片内部软IP核处理好的数据，也需要通过相应的外部电路模块送到相应的显示设备上，然后通过使用我们开发的专利软件来读取这个信号，从而完对芯片焊点损伤的检测。

本实用新型一种焊点损伤在线监测系统，其特征在于：该监测系统包括内部嵌有软IP核的被测芯片及芯片外部电路模块；其中，该外部电路模块包括稳压电源模块，信号源模块，芯片承载模块，信号处理模块，PC机和通信接口及连接线；

所述的被测芯片是整个系统的核心，它被焊接到芯片承载模块上；该被测芯片内部嵌入软IP核；所述的稳压电源模块与芯片承载模块相连；所述的信号源模块与被测芯片相连；所述的芯片承载模块与被测芯片和芯片外部电路模块相连；所述的信号处理模块与芯片承载模块和PC机相连。

其中，所述的芯片承载模块为印刷电路板。

本实用新型一种焊点损伤在线监测系统，与传统的焊点检测方式相比，有以下优点：

(1)本实用新型中，向芯片内嵌入了一个软IP核，能检测出芯片焊点的损伤，价格相对传统的检测仪器要便宜很多。

(2)本实用新型对芯片焊点损伤的检测是实时的，在线的。也就是在芯片工作过程中，也能实时检测到芯片焊点的损伤，并且不会影响到被测芯片的工作。

(3)使用本实用新型来检测芯片焊点损伤，是不需要对芯片进行破坏的，因此，能为芯片焊点的检测节约大量的成本。

附图说明

图1所示为焊点损伤在线监测系统设计总体框图。

图2所示为同一承载模块上有多个芯片时的连接方式。

图3所示为焊点损伤在线监测系统的软件设计流程。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步阐述。

1.本设计采用软IP核的原因

目前市场上对芯片焊点损伤进行检测的方法，多数是要在设备停止工作后，将所需检测得芯片从设备上拆下来进行检测，或者依靠昂贵的检测设备对相关芯片的焊点进行检测。

相对以上这些方法，本实用新型采用了一种软IP核，因为软IP核有以下优势：

(1)价格便宜。

(2)可以由用户随意配置和构建。

(3)可以随意裁剪。

2.本实用新型的技术方案

本实用新型一种焊点损伤在线监测系统，包括内部嵌有软IP核的被测芯片及芯片外部电路模块，其中该软IP核可对芯片焊点损伤检测。该外部电路模块包括稳压电源模块，信号源模块，芯片承载模块，信号处理模块，PC机和各种通信接口及连接线。

其中，所述的被测芯片是整个系统的核心，它被焊接到芯片承载模块上，以便能进行各种环境下的测试；该被测芯片内部需要嵌入本实用新型的核心软IP核，从而检测到自身焊点的缺陷，并能将检测到的缺陷数据实时传送到芯片承载模块中，然后通过线缆将数据传送到PC机上。

软IP核，本实用新型中的IP核是一个软核，该软核包含了对芯片焊点的监测功能和对焊点损坏数据的采集功能，需要下载到相应的被测芯片内部，以便能实时监测芯片焊点的损伤情况，并实时通过芯片I/O口输出相关的采集数据。

稳压电源模块，与芯片承载模块相连，该模块的作用是给整个系统提供稳压电源，需要根据不同芯片的要求做出选择。

信号源模块，与被测芯片相连相连，该模块的作用是给被测芯片提供相关的时钟信号或者使能信号，以确保芯片的正常工作。

芯片承载模块，与被测芯片和芯片外部电路模块相连，该模块用于承载各种不同的被测芯片，然后可以将此承载模块置于不同的环境(如高温、高湿、震动等环境)中，从而模拟芯片在不同环境下工作时，其焊点损伤的情况。这个承载模块也可以使用现成的印制电路板(PCB板)；另外，该模块还要承担一部分数据的传输工作，如向芯片添加激励信号等。

信号处理模块，与芯片承载模块和PC机相连，用于对从被测芯片上采集到的信号进行处理，使这些信号能被计算所识别。

PC机上安装了我们开发的专利软件，能实时的对信号处理模块送出的数据进行分析和显示，用以提供芯片焊点损伤的实时情况分析，同时也能作为软IP核的下载工具。该软件工作流程如图3所示，首先初始化整个系统，然后写入本实用新型中所提到的软IP核，然后在设定的被测芯片I/O端口上输出采集到的焊点损伤数据，并将采集到的数据与原有的焊点损伤模型进行比较，从而确定焊点的损伤情况。

通信接口和连接线用于采集数据的传送，根据被测芯片和芯片承载模块的不同，这些通信接口和连接线的规格也不同。

需要注意的是，如果想准确地捕获到焊点损伤情况，在选择监测点(芯片的相关引脚)时，监测点应尽量靠近芯片的四个角上，这样检测到的数据可以相对准确一些。

而在同一个承载模块上，可以同时对多个芯片进行测试，其连接方式如图2所示，以一个承载模块上有4个芯片为例：(1)控制线。图2所示的系统中需要4条控制线，用以选择当前需要测试是某个芯片或是同时测试多个芯片。(2)时钟源。如果要同时对多个芯片进行测试，所选芯片的时钟必须同步，最好使用相同时钟源，以保证从被测芯片上检测到数据的准确性。(3)软IP核的嵌入。由于软IP核是一段代码，我们一般将其存到PC机或者PROM中，需要时再从这些设备中调用。(4)数据输出线。在图2所示的系统中，采集到的数据用串行的方式进行输出，每个芯片只需要一条输出线即可。在系统开始运作时，先通过控制线选择一个或多个需要进行测试的芯片，然后将PC机上存储的软IP核下载到相应芯片中，此时，芯片按照该软IP核的配置进行采集工作，然后将采集到的数据通过串行输出线传送到相关处理设备(如PC机)中。

Claims

1.一种焊点损伤在线监测系统，其特征在于：该监测系统包括内部嵌有软IP核的被测芯片及芯片外部电路模块；其中，该外部电路模块包括稳压电源模块，信号源模块，芯片承载模块，信号处理模块，PC机和通信接口及连接线；

2.根据权利要求1所述的一种焊点损伤在线监测系统，其特征在于：所述的芯片承载模块为印刷电路板。