CN217639411U - 磁感应式pcb检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁感应式PCB检测装置，利用待测PCB产生磁场的原理，采用设置在主体上的若干个磁传感器、信号选择模块、模数转换模块、单片机、接口模块、固定电阻及电源模块构成磁感应式PCB检测硬件，当待测PCB某位置的磁场不为零，磁敏电阻发生变化，磁传感器通过输出与外磁场呈线性关系变化的电压信号经由信号选择模块、模数转换模块传递至单片机，单片机将该信号通过接口模块输出至上位机或显示屏上，以便分析待测PCB正常与否。本实用新型为寻找PCB产品生产过程的改进提供技术支撑，从而在PCB产品开发中，可以明显缩短研发周期、提高效率、尤其是简化了PCB检测过程，进而提高后续失效分析效率及准确性。

Description

磁感应式PCB检测装置

技术领域

本实用新型PCB检测领域，尤其涉及一种磁感应式PCB检测装置。

背景技术

PCB(printed circuit board)即印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元件，为了使各个元件之间的电气互连，都要使用印制板。印制线路板由绝缘底板、连接导线和装配焊接电子元件的焊盘组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。它可以代替复杂的布线，实现电路中各元件之间的电气连接。

为了保证PCB板的生产质量，需要对出厂的PCB版进行检测，主要可分为电气测试法和视觉测试法两大类，每种检测方法都会针对不同的PCB板的瑕疵，但都存在一些缺点：

(1)视觉测试法使用放大镜或校准的显微镜，利用操作人员视觉检查来确定电路板合不合格，并确定什么时候需进行校正操作，它的主要优点是低的预先成本和没有测试夹具，主要缺点是人的主观误差、长期成本较高、不连续的缺陷发觉、数据收集困难等，由于PCB的产量增加，PCB上导线间距与元件体积的缩小，这个方法变得越来越不可行；

(2)电气测试法通过对电性能的检测找出制造缺陷以及测试模拟、数字和混合信号的元件，以保证它们符合规格，有针床式测试仪和飞针测试仪等几种测试方法，但缺点是需要测试夹具、编程与调试时间、制作夹具的成本较高，使用难度大等问题，导致有些功能较为复杂的PCB版依旧需要经验丰富的电子工程师手工上电检测，不仅效率低，而且人工成本高。

实用新型内容

鉴于上述，本实用新型旨在提供一种磁感应式PCB检测装置，以解决前述提及的技术问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种磁感应式PCB检测装置，其中包括：主体以及安装在所述主体上的若干个磁传感器、信号选择模块、模数转换模块、单片机、接口模块、固定电阻和用于供电的电源模块；

所述磁传感器、所述信号选择模块、所述模数转换模块、所述单片机以及所述接口模块依次信号连接；

所述固定电阻的一端连接在所述磁传感器的输出端，另一端所述固定电阻的与地端连接；

所述接口模块用于连接上位机或显示屏。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述磁传感器的排布方式为阵列式、行扫描式或者点扫描式。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述磁感应式PCB检测装置还包括：锁相放大器，所述锁相放大器的入口连接在所述磁传感器的输出端，所述锁相放大器的出口连接在所述模数转换模块的输入端。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述信号选择模块为多路模拟开关或者多路复用器。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述主体具有板状结构。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述磁传感器直接封装在板状的所述主体上。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述磁传感器集成在芯片上，所述芯片焊接在板状的所述主体上。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述主体上设有若干个支撑件，所述支撑件用于在所述磁感应式PCB检测装置与待测PCB之间形成预设的间隔距离。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述主体与外置的移动部件连接，所述移动部件用于调节所述磁感应式PCB检测装置与待测PCB之间的间距和/或相对位置。

本实用新型的主要设计构思在于，从通电后PCB各器件由电流产生磁场的原理出发，考虑采用设置在主体上的若干个磁传感器、信号选择模块、模数转换模块、单片机、接口模块、固定电阻及电源模块构成磁感应式PCB检测硬件，磁传感器的磁敏电阻会随外界磁场大小线性变化，当待测PCB某位置的磁场不为零，磁敏电阻发生变化，磁传感器通过输出与外磁场呈线性关系变化的电压信号经由信号选择模块、模数转换模块传递至单片机，单片机将该信号通过接口模块输出至上位机或显示屏上，以便分析待测PCB正常与否。本实用新型为寻找PCB产品生产过程的改进提供技术支撑，从而在PCB产品开发中，可以明显缩短研发周期、提高效率、尤其是简化了PCB检测过程，进而提高后续失效分析效率及准确性。

附图说明

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步描述，其中：

图1为本实用新型实施例提供的磁感应式PCB检测装置的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的磁传感器阵列式布局的电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

在对本实用新型的实施方式展开说明之前，首先对本实用新型创造的构思原理进行介绍：PCB的结构组成就是连接导线和装配焊接电子元件的焊盘，每种元器件都通过遍布PCB里面的大量微米或毫米级的细微导线相连接以实现其各种复杂的电气功能。正常工作状态下，这些导线中的电流大小都是具有稳定的数值，相应地，这些导线中的电流所产生的磁场在空间中的分布也是稳定的，本实用新型考虑如果可以测出待检测PCB通电时电流产生的磁场在空间的分布，就可以反推出对应的PCB中的导线和电流分布并与相应的质量合格的PCB通电时的空间磁场分布进行对比，就可以便捷、高效地判断出待测PCB板的质量是否合格。

基于此，本实用新型提出了一种磁感应式PCB检测装置的实施例，具体来说，如图1所示，其中包括：主体1以及安装在所述主体1上的若干个磁传感器2、信号选择模块3、模数转换模块4、单片机5、接口模块6、固定电阻7和用于供电的电源模块8。

所述磁传感器2、所述信号选择模块3、所述模数转换模块4、所述单片机5以及所述接口模块6依次信号连接(这也是磁传感器检测信号的传递路径，电源模块通过信号选择模块供电至磁传感器的输入端，磁传感器感应待测PCB器件产生的磁场后，将感应信号经由信号选择模块向模数转换模块传递，经AD转换后的信号送至单片机进行常规的信号处理并最后由接口模块输出)；所述固定电阻7一端连接在所述磁传感器2的输出端，另一端与地连接；所述接口模块6用于连接上位机或显示屏9。

具体而言，目前随着纳米材料以及微纳加工技术的发展，各种磁传感器及其空间分辨率的大小可以到微米量级，并且对微弱磁场的探测灵敏度可以达到10^-6高斯的精度，为本实用新型的实现奠定了基础。

而磁传感器的种类可以是霍尔效应(hall)、各向异性磁电阻(AMR)、巨磁电阻(GMR)以及隧道结磁电阻(TMR)等各种效应的磁传感器以及各种效应传感器的组合。例如可以但不限于采用如下磁传感器型号：VCM1195L、VCM1193L、TMR2102、HMC1001、HMC1002等，也即是说，本实用新型不限定磁传感器的材料和厂家，在制作本装置时可以选择不同精度、不同灵敏度的磁传感器。

其他部件的选型可以参考但不限于如下：所述信号选择模块3可以采用多路模拟开关或多路复用器(如ADG708BRUZ-REEL7)；模数转换模块4可选用AD7172-2BRUZ；所述单片机5的型号可选用STM32F407VET6；关于所述接口模块6，在一些实施例中，当用于连接所述显示屏9时，可以选用FPC-18P-0.5MM连接器，即显示屏的屏线通过该连接器与单片机信号连接；所述显示屏9可选用具有SPI接口的TFT-LCD屏。

在对PCB质量检测时，只要将本装置靠近待测PCB，然后对待测PCB通电，即可获得待测PCB表面的磁场分布，并可以通过显示屏观察到待测PCB的磁场分布状态或由上位机进行异常判断处理(此部分内容非本硬件方案的重点，对此暂不作赘述)。在实际操作中，本装置可以探测PCB平面x和y方向以及垂直于平面的z方向的一维、二维或三维空间磁场大小，而且磁传感器的排列可以按照不同领域需要，排成等间距或其他排列方式。可以理解地，单位面积上的磁传感器点阵越密，就意味着对空间磁场分布探测的分辨率越高。接续前文，类似于图像传感器中的像素，每个磁传感器相当于一个像素点，由该点采集到的空间对应点的磁场大小和方向可以获得待测PCB上对应位置的空间磁场分布信息。

关于前文提及的磁传感器的排布方式，可以是阵列式、行扫描式或者点扫描式。具体来说：

(1)磁传感器以点阵方式均匀排布，阵列式磁传感器部分，其中传感器阵列由等间距的传感器单元组成。例如可以形成图2示意的4x4阵列，以多路模拟开关分别接通或断开磁传感器，当每个磁传感器接通时与一个固定电阻组成半桥式结构，零磁场时该磁传感器磁敏电阻与固定电阻相等，磁传感器电阻随外磁场大小线性变化。当该点处的磁场不为零时，磁敏电阻发生变化，导致半桥输出电压发生变化，且输出电压信号与外磁场成线性关系，以此探测该点处的磁场大小，具有其他数量的磁传感器阵列可以以此类推。

(2)行扫描式：行扫描式即仅有一排等间距的磁传感器及一个固定电阻，信号选择模块控制每个传感器与固定电阻的连接，组成半桥式以探测空间的磁场。

(3)点扫描式：即只有一个半桥或全桥磁传感器，其中全桥或半桥中的电阻单元可以由磁传感器组成，也可以磁传感器与固定电阻组成。类似于前文所述，全桥或半桥式中的磁敏电阻单元零磁场时与固定电阻相等，磁敏电阻随外磁场大小线性变化。当该点处的磁场不为零时，磁敏电阻单元发生变化，导致半桥或全桥输出电压发生变化，且输出电压信号与外磁场成线性关系，以此探测该点处的磁场大小。

除此之外，还可以说明的是，针对一些弱磁探测场景或对精度要求极高的领域，可以配上具有微弱信号精准测试的锁相放大器，磁传感器信号经过所述锁相放大器后发送至模数转换模块4，具体地，所述锁相放大器的入口连接在所述磁传感器的输出端，所述锁相放大器的出口连接在模数转换模块的输入端。

关于所述主体1这里给出一种实时参考，具有板状结构，当然可以理解地，所述主体1及其上各部件也是一种电路板(非待测PCB，而是用于检测的PCB)，由此，所述磁传感器2可以直接封装在板状的所述主体1，而前述其他部件也可以焊接在该板状的所述主体1上。当然，在另一些实施方式中，所述磁传感器2还可以集成在CMOS芯片上，而该CMOS芯片与其他部件一同焊接在板状的所述主体1上。

最后，还可以补充两点，其一、所述主体1上还设有若干个支撑件，所述支撑件用于在所述磁感应式PCB检测装置与待测PCB之间形成预设的间隔距离；其二、所述主体1还与外置的移动部件连接，所述移动部件用于调节所述磁感应式PCB检测装置与待测PCB之间的间距和/或相对位置。

根据前述各个实施例，这里提供本实用新型的拓展使用参考：

在使用本实用新型时，可以先把合格的PCB中的导线所产生的空间磁场分布利用所述磁感应式PCB检测装置采集出来，由于装置中每个磁传感器的体积很小，因此空间分辨率很高，每个传感器可以实时采集其所在空间位置的磁场大小和方向等信息，类似于摄像头中的像素点，这样可以以最快的速度采集所需区域的磁场信息，并对由该装置采集出的空间磁场分布建立数据库并存储起来作为质量检测标准。这样，在对同样规格的待测PCB进行检测时，利用本装置采集上电后的待测PCB产品的磁场空间分布，与之前存储在数据库中的标准PCB产品的检测样本数据进行比对，便可以判断出待检PCB产品的质量及其问题根源。

此外，再提供一种使用参考，可以将PCB上任何元器件失效或导线短路、断路或空焊、虚焊等，构造出具有缺陷的不合格PCB，并预先利用本装置进行磁场分布采集，建立不合格产品数据库，并据此将待测PCB所检测出的磁场分布与其进行对比，不仅可以迅速判断出产品的合格与否，而且也可以通过与该不合格产品数据库存储的信息进行对比，也同样可以指出待测PCB产品的问题所在。

综上所述，本实用新型的主要设计构思在于，从通电后PCB各器件由电流产生磁场的原理出发，考虑采用设置在主体上的若干个磁传感器、信号选择模块、模数转换模块、单片机、接口模块、固定电阻及电源模块构成磁感应式PCB检测硬件，磁传感器的磁敏电阻会随外界磁场大小线性变化，当待测PCB某位置的磁场不为零，磁敏电阻发生变化，磁传感器通过输出与外磁场呈线性关系变化的电压信号经由信号选择模块、模数转换模块传递至单片机，单片机将该信号通过接口模块输出至上位机或显示屏上，以便分析待测PCB正常与否。本实用新型为寻找PCB产品生产过程的改进提供技术支撑，从而在PCB产品开发中，可以明显缩短研发周期、提高效率、尤其是简化了PCB检测过程，进而提高后续失效分析效率及准确性。

本实用新型实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，但以上仅为本实用新型的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本实用新型的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种磁感应式PCB检测装置，其特征在于，包括：主体以及安装在所述主体上的若干个磁传感器、信号选择模块、模数转换模块、单片机、接口模块、固定电阻和用于供电的电源模块；

所述磁传感器、所述信号选择模块、所述模数转换模块、所述单片机以及所述接口模块依次信号连接；

所述固定电阻的一端连接在所述磁传感器的输出端，另一端所述固定电阻的与地端连接；

所述接口模块用于连接上位机或显示屏。

2.根据权利要求1所述的磁感应式PCB检测装置，其特征在于，所述磁传感器的排布方式为阵列式、行扫描式或者点扫描式。

3.根据权利要求1所述的磁感应式PCB检测装置，其特征在于，所述磁感应式PCB检测装置还包括：锁相放大器，所述锁相放大器的入口连接在所述磁传感器的输出端，所述锁相放大器的出口连接在所述模数转换模块的输入端。

4.根据权利要求1所述的磁感应式PCB检测装置，其特征在于，所述信号选择模块为多路模拟开关或者多路复用器。

5.根据权利要求1所述的磁感应式PCB检测装置，其特征在于，所述主体具有板状结构。

6.根据权利要求5所述的磁感应式PCB检测装置，其特征在于，所述磁传感器直接封装在板状的所述主体上。

7.根据权利要求5所述的磁感应式PCB检测装置，其特征在于，所述磁传感器集成在芯片上，所述芯片焊接在板状的所述主体上。

8.根据权利要求1～7任一项所述的磁感应式PCB检测装置，其特征在于，所述主体上设有若干个支撑件，所述支撑件用于在所述磁感应式PCB检测装置与待测PCB之间形成预设的间隔距离。

9.根据权利要求1～7任一项所述的磁感应式PCB检测装置，其特征在于，所述主体与外置的移动部件连接，所述移动部件用于调节所述磁感应式PCB检测装置与待测PCB之间的间距和/或相对位置。

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