KR102474027B1 - 인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시내용은 인쇄 회로 기판(120)과 전류 센서(100; 300) 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 개념에 관한 것으로서, 전류 센서(100; 300)에 의해, 솔더 조인트를 통한 전기 전류를 측정(414)하고; 전기 전류의 함수로서 전류 센서(100; 300)의 적어도 하나의 온도를 측정(408; 416)하고; 온도 및 전기 전류에 기초하여 솔더 조인트의 품질을 확인(420)하는 것을 포함한다.

Description

인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHECKING AT LEAST ONE SOLDER JOINT BETWEEN A PRINTED CIRCUIT BOARD AND A CURRENT SENSOR}
본 개시내용은 인쇄 회로 기판(printed circuit board)과 전류 센서(current sensor) 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트(solder joint)를 검사하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다.
자동차 분야 및 산업 자동화에서의 전기화(electrification)는 전류 측정(current measurement)을 점점 더 중요한 것으로 만들고 있다. 구체적으로, 높은 전력 밀도를 목표로 하는 응용들은 인쇄 회로 기판들 상에 쉽게 장착될 수 있는 전류 센서들을 필요로 한다. 전류 센서가 인쇄 회로 기판에 납땜(soldered)되는 설계에서, 솔더 조인트 품질은, 예를 들어, 버스바(busbar)와 전류 센서 사이의 불량한 전도율(conductivity)의 결과로서의 전력 손실들을 피하기 위해 가능한 한 양호할 필요가 있다.
따라서, 가능한 한 낮은 추가 저항을 보장하기 위해, 쉽게 전도성으로 되는 캐비티-프리 솔더 조인트(cavity-free solder joint)가 중요하다. 캐비티들을 포함하는 불량한 솔더 조인트들은 전류 센서의 정확도 및 감도에 영향을 미칠 수 있다. 인쇄 회로 기판 상의 낮은 저항 전류 센서들에 대한 전형적인 전류 범위는 0과 120A 사이에 있다. 특히, 50ARMS(RMS = root mean square)와 같은 높은 전류 응용들의 경우에, 시스템에서의 전력 손실들을 피하기 위해 회로 내에 삽입되는 전류 센서의 결과로서 발생하는 삽입 저항(insertion resistance)이 낮게 유지되는 것이 중요하다. 또한 신뢰성의 이유로, 시스템에서의 센서 패드들(sensor pads)과 센서 표면(sensor surface) 사이에 더 적은 캐비티들 및 높은 전도율을 포함하는 양호한 솔더 조인트들을 보장할 필요가 있다. 따라서, 솔더 조인트의 품질이 확인되는 것이 추천된다.
전류 운반 전력 핀들(current-carrying power pins)만큼 크지 않은 저전압 논리 핀들(low-voltage logic pins)에 대해, 기능 테스트들을 이용하여 솔더 포인트 검증이 수행될 수 있다. 그러나, 높은 전도율 및 더 적은 솔더 캐비티들을 보장하기 위해, 전력 핀들 또는 고전류 핀들의 솔더 조인트가 검사될 필요가 있다.
무선 센서들을 위한 솔더 조인트의 품질은 x선들(x-rays)(x선 검사)에 의해 또는 예를 들어, 자동화된 광학 검사(automated optical inspection)(AOI)에 의해 검사될 수 있다. 모든 납땜된 부분에 대한 x선 검사는 높은 레벨의 복잡도 및 비용의 더 심각한 효과들로 인해 항상 실현가능하지는 않다. AOI는 접속 팁(connection tip)의 부분적인 또는 완전한 코팅을 허용하기 위해 디바이스가 리드 팁 검사(lead tip inspection)(LTI) 기능을 구비할 것을 요구한다. 접속 팁의 습윤성 코팅(wettable coating)은 납땜 후 AOI를 허용하지만, 제조 비용들도 증가시킨다.
따라서, 인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 솔더 조인트를 검사하기 위한 추가 옵션들에 대한 필요성이 존재한다.
이것은 독립 청구항들에 따른 장치들 및 방법들에 의해 달성된다. 유리한 개발들은 종속 청구항들의 주제이다.
본 개시내용의 제1 양태에 따르면, 인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 방법이 제안된다. 전류 센서는 솔더 조인트를 통한 전기 전류를 측정하는데 이용된다. 또한, 전류 센서의 적어도 하나의 온도는 전기 전류의 함수로서 측정된다. 솔더 조인트의 품질은 온도 및 전기 전류에 기초하여 확인된다.
전류 센서를 통해 흐르는 전류의 측정 및 전류 센서에서의 또는 전류 센서 상의 온도의 측정은, 이들 정보 둘다를 고려하는 알고리즘에 의해 평가되는 전력 손실을 수반할 수 있다. 센서 패키지에서의 전류 의존적 열 평가(current-dependent thermal rating)에 기초하여, 유용한 서술이 전도율 또는 솔더 포인트의 품질에 관해 이루어질 수 있다. 솔더 포인트의 품질에 관한 정보는 전류 센서로부터 그 주변으로 전달될 수 있다. (온도 및 전류에 대한) 규정된 한계 값들에 따라, 사용자는 솔더 포인트의 확인을 획득할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 따르면, 온도는 전류 센서에 통합된 온도 센서에 의해 측정된다. 전류 센서들은 전류 센서의 패키지에 공동으로 통합된 온도 센서들을 또한 포함한다. 이것은 별개의 온도 센서들을 피하고/하거나 온도 측정을 더 정확하게 하기 위해 이용될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 따르면, 솔더 조인트를 검사하기 위해 전류 강도 및 전기 전류의 지속기간이 미리 결정되거나 미리 설정된다. 따라서, 솔더 조인트를 통한 전류는 솔더 조인트의 품질에 관계없이 미리 결정된 범위 내의 전류 강도로 인가(impressed)될 수 있다. 솔더 조인트의 품질에 따라, 온도 또는 온도 프로파일이 이어서 획득될 것이다. 솔더 조인트의 품질이 낮은 경우, 더 높은 품질의 쉽게 전도성으로 되는 솔더 조인트들에 대한 것보다 원칙적으로 더 높은 온도들이 예상될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 따르면, 온도의 측정은 온도 구배(temperature gradient)의 측정을 포함한다. 그 다음, 솔더 조인트의 품질은 온도 구배 및 전기 전류에 기초하여 확인된다. 예를 들어, 알고리즘은 전류(또는 전류에 의해 야기되는 자기장)의 측정에 대한 온도 구배를 고려할 수 있다. 미리 설정된 전류 범위가 모니터링되고 있는 동안 온도가 미리 설정된 한계 값을 초과하면, 센서는 위반(infringement)을 표시할 수 있다. 이러한 알고리즘은 미리 설정된 룩업 테이블들(lookup tables)을 이용함으로써, 또는 측정된 전류 및 온도 값들을 소수의 미리 설정된 한계 값들과 비교함으로써 수행될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에 따르면, 전류 센서의 제1 온도는 전기 전류가 인가되기 전에 측정되고, 전류 센서의 제2 온도는 인가되는 전류의 끝에서 측정된다. 온도 구배는 제1 및 제2 온도들, 및 전류가 인가되는 시간 기간에 기초하여 확인될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 따르면, 솔더 조인트의 품질을 확인하는 것은, 측정된 온도가, 전기 전류에 대해 그리고 상이한 솔더 조인트 품질들에 대해 사전에 확인된 온도들과 비교되는 것을 수반한다. 그러한 룩업 테이블의 이용은 솔더 조인트 품질의 효율적인 평가를 행하는 것을 허용한다.
일부 예시적인 실시예들에 따르면, 솔더 조인트의 품질은 전류 센서와 통합된 프로세서에 의해 확인된다. 따라서, 추가적인 공간 및/또는 회로를 요구하는 외부 프로세서가 생략될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 따르면, 측정된 전기 전류 및 측정된 온도는 전류 센서로부터 인터페이스를 통해 외부 프로세서로 전달되고, 그에 의해 외부 프로세서는 이것을 솔더 조인트의 품질을 확인하기 위한 기초로서 취할 수 있다. 이러한 종류의 예시적인 실시예들은 전류 센서가 적절한 내부 프로세서를 갖지 않을 때 가능할 수 있다.
원칙적으로, 이용되는 전류 센서들은 매우 다양한 원리들에 기초한 센서들일 수 있다. 예로써, 전류 센서는 적어도 하나의 홀 센서(Hall sensor) 및/또는 자기저항(magneto-resistive)(예를 들어, AMR, GMR, TMR) 센서를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 추가 양태에 따르면, 인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 장치가 제안되고, 여기서 전류 센서는 전기 전류의 함수로서 전류 센서의 적어도 하나의 온도 및 솔더 조인트를 통한 전기 전류를 측정하도록 설계되며, 장치는 온도 및 전기 전류에 기초하여 솔더 조인트의 품질을 확인하기 위한 프로세서를 포함한다.
프로세서는 전류 센서의 외부에 있는 프로세서를 포함할 수 있고, 전류 센서 및 프로세서는 측정된 온도 및 전기 전류를 표시하는 신호들을 송신하기 위한 신호 인터페이스를 통해 접속될 수 있다. 한편, 프로세서 및 전류 센서는 또한 집적 회로의 형태일 수 있다.
장치들 및/또는 방법들의 몇몇 예들이, 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 단지 예로써 보다 상세하게 설명된다.
도 1a는 전류 센서 패키지의 예를 도시한다.
도 1b는 인쇄 회로 기판(버스바)에 납땜된 전류 센서 풋프린트 및 전류 센서의 예를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 솔더 캐비티들의 예들을 도시한다.
도 3은 인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 장치의 예를 도시한다.
도 4는 인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 방법의 예를 도시한다.
이제, 몇몇 예들을 도시하는 첨부 도면들을 참조하여 다양한 예들이 보다 철저하게 설명된다. 도면들에서의 라인들, 층들 및/또는 영역들의 두께들은 명료성의 목적들을 위해 과장될 수 있다.
추가의 예들이 다양한 수정들 및 대안적인 형태들에 적합하지만, 그의 일부 특정 예들은 그에 따라 도면들에 도시되어 있고, 이하에서 철저하게 설명된다. 그러나, 이러한 상세한 설명은 추가의 예들을 설명된 특정 형태들로 제한하지 않는다. 추가의 예들은 본 개시내용의 범위 내에 속하는 모든 수정들, 대응관계들, 및 대안들을 커버할 수 있다. 도면들의 설명 전체에 걸쳐, 동일하거나 유사한 참조 부호들은 서로 비교하여 동일하거나 수정된 형태로 구현될 수 있는 동일하거나 유사한 요소들을 지칭하는 한편, 이들은 동일하거나 유사한 기능을 제공한다.
하나의 요소가 또 다른 요소에 "접속" 또는 "결합"된 것으로서 지칭될 때, 요소들은 직접적으로 또는 하나 이상의 중간 요소들을 통해 접속될 수 있거나 결합될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 2개의 요소들 A 및 B가 "또는"을 이용하여 조합될 때, 이것은 명시적으로 또는 암시적으로 이와 다르게 정의되지 않는 한, 모든 가능한 조합들, 즉, 오직 A, 오직 B, 그리고 A 및 B가 개시된다는 것을 의미하는 것으로서 이해되어야 한다. 동일한 조합들에 대한 대안적인 표현은 "A 및 B 중 적어도 하나" 또는 "A 및/또는 B"이다. 동일한 것이, 필요한 것만 약간 수정하여, 2개보다 많은 요소들의 조합들에 대해서도 유사하게 적용된다.
특정한 예들을 설명하기 위하여 본 명세서에서 이용되는 용어는 추가의 예들에 대해 제한하는 효과를 갖도록 의도되지 않는다. 단수 형태, 예를 들어, 단수형("a, an" 및 "the")이 이용되고, 오직 단일 요소의 이용이 의무적인 것으로서 명시적으로 또는 암시적으로 정의되지 않을 때, 추가의 예들은 또한, 동일한 기능을 구현하기 위하여 복수의 요소들을 이용할 수 있다. 기능이 다수의 요소들을 이용하여 구현되는 것으로서 이하에서 설명되는 경우, 추가의 예들은 단일 요소 또는 단일 처리 엔티티(processing entity)를 이용하여 동일한 기능을 구현할 수 있다. 또한, 이용 중인 용어들 "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)", "갖는다(has)" 및/또는 "갖는(having)"은 표시된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 프로세스들, 요소들, 컴포넌트들, 및/또는 그들의 그룹의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 프로세스들, 요소들, 컴포넌트들, 및/또는 그들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
다르게 정의되지 않는 한, (기술적 및 과학적 용어들을 포함하는) 모든 용어들은 예들이 관련되는 분야에서의 그들의 관례적인 의미로 본 명세서에서 이용된다.
도 1a는 패키지(102)에서의 예시적인 집적 자기장 센서 회로(100)를 평면도 및 하면도 둘다로 도시한다. 자기장을 측정함으로써, 자기장을 야기하는 전류를 추론하는 것이 가능하며, 그 결과 자기장 센서 회로는 아래에서 전류 센서로서 또한 지칭된다.
이 경우에서의 자기장 센서 회로 또는 전류 센서(100)는 패키지(102) 내부에서 전류 운반 라인(current-carrying line)(106) 위에 배열된 차동 홀 센서들(differential Hall sensors)(104-1, 104-2)을 포함한다. 홀 센서들(104-1, 104-2)과 전류 운반 라인(106) 사이에는 DC 격리(isolation)(108)가 제공된다. 전류 센서(100)는, 전류 센서(100)를, 예를 들어, 외부 프로세서와 같은 추가 컴포넌트들에 결합하기 위해, 접속 라인들(110)에 의해 패키지(102) 내부에서 인터페이스(112)에 접속된다. 센서 패키지(102)의 하측 상에는, 전류 운반 라인(106)을, 예를 들어, 버스바와 같은 외부 전류 운반 라인(도 1a에 도시되지 않음)에 접속하기 위해, 접속 패드들(114-1, 114-2)이 제공된다. 또한, 인터페이스(112)를 추가 컴포넌트들에 접속하기 위한 접속 패드들(116)이 도시되어 있다. 센서 패키지(102)의 접속 패드들(114-1, 114-2, 116)은, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(도 1a에 도시되지 않음)에 납땜될 수 있다. 이것은 도 1b에 개략적으로 도시되어 있다. "전류 센서"라는 용어는 또한 일반적으로 도 1a의 패키징된 센서 회로, 즉, 패키지에서의 전류 센서를 나타내기 위해 이용되며, 패키지에서의 추가 회로 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
도 1b는 납땜된 센서 패키지(soldered-on sensor package)(102)를 갖지 않는(하부) 및 갖는(상부) 인쇄 회로 기판(120)을 도시한다.
인쇄 회로 기판(120)은 전도체 트랙 또는 버스바(122)를 포함한다. 전류 센서에 대해 예상되는 포인트에서, 버스바(122)는 중단되고, 접속 패드들(114-1, 114-2)에 대응하는 접속 패드들(124-1, 124-2)을 갖는다. 센서 패키지(102)의 접속 패드들(114-1, 114-2)은, 전류 센서를 버스바(122)에 접속하기 위해 인쇄 회로 기판(120)의 접속 패드들(124-1, 124-2)에 납땜될 수 있다. 따라서, 인쇄 회로 기판(120)과 전류 센서(100) 사이에 솔더 조인트가 생성된다. 본 개시내용은 그러한 솔더 조인트들을 검사하기 위한 개념에 관한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 상이한 전도율들을 갖는 접속 패드들(114 및 124) 사이의 상이한 솔더 조인트들을 개략적으로 도시한다. 도 2a는 (캐비티들이 없는) 높은 전도율의 영역들(202)을 주로 갖는 솔더 조인트를 도시한다. 영역들(202)은 전류 운반 라인(106)과 인쇄 회로 기판(120) 사이의 온전한 전도성 솔더 포인트를 나타낸다. (예를 들어, 캐비티들로 인한) 낮은 전도율의 영역들은 참조 부호(204)로 표시된다. 대조적으로, 도 2b는 낮은 전도율의 다수의 영역들(204)(캐비티들, 또는 보이드들(voids) 또는 솔더 보이드들이라고도 지칭됨)로 인해 상대적으로 불량한 전도성 솔더 조인트를 도시한다. 영역들(204)은 전류 운반 라인(106)과 인쇄 회로 기판(120) 사이의 비전도성 솔더 포인트를 나타낸다.
버스바와 전류 센서 사이의 솔더 조인트에서의 너무 많은 캐비티들(204)은, 전류가 솔더 조인트를 통해 흐를 때의 온도 상승이 시스템에서 요구되는 한계 값들을 초과할 수 있다는 것을 의미한다. 전류 센서의 유효 감도는 또한 전류 센서가 납땜된 후에도 변화할 수 있는데, 그 이유는 불량한 솔더 조인트가 솔더 조인트의 전도율을 감소시키기 때문이며, 이는 전류 센서를 통한 전류의 흐름을 방해한다. 불량한 전도율은 높은 전류 경로(106, 122)에서의 전력 손실이 증가함을 의미한다.
도 2c는 솔더 조인트에서 낮은 전도율의 영역들(204)의 상이한 비율들에 대한, 정성적으로 상이한 온도 상승들을 도시한다.
곡선(206)은 캐비티들이 없는 완전한 솔더 조인트의 경우 전류 센서에서의 또는 전류 센서 상의 온도 상승을 나타내는 한편, 특정 RMS 전류 강도의 전류는 버스바(센서 패키지)를 통해 흐른다. 곡선(208)은 10% 캐비티 비율을 갖는 솔더 조인트의 경우의 전류 센서 상의 온도 상승을 나타낸다. 곡선(210)은 30% 캐비티 비율을 갖는 솔더 조인트의 경우의 전류 센서 상의 온도 상승을 나타낸다. 곡선(212)은 높은 캐비티 비율을 갖는 불량한 솔더 조인트의 경우의 전류 센서 상의 온도 상승을 나타낸다. 온도 상승들(206, 208, 210)은 단지 약간만 상이하지만, 온도 상승(212)은 최상부에서 현저하게 상이하다. 본 개시내용은 그러한 최악의 경우의 시나리오들이 식별되는 것을 허용한다. 도 2c는 솔더 캐비티들로 인해 최악의 경우 55℃에서의 센서 온도가 발생하는 예를 도시한다. 이 한계는 불량한 전도율을 나타내기 위해 이용될 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 인쇄 회로 기판과 전류 센서 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 장치(300)의 블록도를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 장치(300)는 자기장 센서 칩 또는 전류 센서(100)를 하우징하는 센서 패키지(102)에 수용될 수 있다. 전류 센서(100)는 내부 전류 운반 라인(106)의 위, 아래 또는 옆에 배열된 차동 홀 센서 요소들(104-1, 104-2)을 포함할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자에게는, 예를 들어, 자기저항 센서 기술들과 같은 다른 센서 기술들이 또한 이용될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 장치(300)는 (테스트될) 솔더 조인트에 의해 내부 전류 운반 라인(106)을 외부 전류 운반 라인에 접속하기 위한 접속 패드들(114-1, 114-2)을 포함할 수 있다. 전류 센서(100)는 솔더 조인트 및 내부 전류 운반 라인(106)을 통한 전기 전류를 측정하고, 아날로그-디지털 변환기(ADC)(302)의 출력에서 적절한 (디지털) 전류 측정 신호(304)를 제공하는데 이용될 수 있다. 장치(300)는 솔더 조인트 또는 내부 전류 운반 라인(106)을 통한 전기 전류의 함수로서 전류 센서(100)의 적어도 하나의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(306)를 더 포함한다. 온도 센서(306)는 전류 센서(100) 가까이에서 온도를 측정하고, ADC(308)의 출력에서 적절한 (디지털) 온도 측정 신호(310)를 제공하는데 이용될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에 따른 온도 센서(306)는 공통 센서 패키지 내부의 전류 센서(100)와 함께 배열될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 그러나, 온도 센서(306)가 센서 패키지(102) 외부에 배열되는 예시적인 실시예들이 마찬가지로 가능하다. 또한, 전류 및 온도 센서들이 ADC를 공유하는 예시적인 실시예들이 가능할 수 있는데, 그러한 목적을 위해, 그것은 예를 들어, 멀티플렉스 모드(multiplex mode)에서 동작될 수 있다. 전류 및 온도 상승의 외부 평가 및 아날로그 신호들의 출력도 또한 가능할 수 있다.
장치(300)는 전류 측정 신호(304) 및 온도 측정 신호(310)에 기초하여 솔더 조인트의 품질을 확인하도록 설계된 프로세서(320)를 더 포함한다. 일부 예시적인 실시예들에 따른 프로세서(320)는 공통 센서 패키지 내부의 전류 센서(100)와 함께 배열될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 그러나, 프로세서(320)가 센서 패키지 외부에 배열되는 예시적인 실시예들이 마찬가지로 가능하다. 솔더 조인트의 검사를 위해 접속 패드들(114-1, 114-2)을 통해 인가된 전기 전류의 전류 강도 및 지속기간이 미리 결정될 수 있다. 이것은 전기 전류가 솔더 조인트의 품질에 관계없이 내부 전류 운반 라인(106)을 통해 미리 정의된 전류 강도로 인가되는 것을 의미한다. 이것은 전류 센서(100)에 의해 측정되고 검사될 수 있다.
도 2c를 참조하여 이미 도시된 바와 같이, 솔더 조인트의 상이한 품질들은 미리 결정된 전류에 대한, 센서 패키지(102)에서의 상이한 온도들로 이어진다. 따라서, 일부 예시적인 실시예들에서, 온도 측정 신호(310)는 전도율에 관한 정보 및 그에 따른 측정 사이클의 끝에서의 솔더 조인트의 품질을 제공할 수 있다. 특정 전류 값에 대한 온도 상승이 높을수록, 전도율 및 그에 따른 솔더 조인트의 품질이 더 불량해진다. 미리 정의된 전류 강도에 대해 측정된 온도는, 예를 들어, 미리 정의된 전류 강도에 대해 그리고 선택적 메모리(330)(예를 들어, EEPROM)에서의 상이한 솔더 조인트 품질들에 대해 사전에 저장된 온도들과 비교될 수 있고, 이것은 솔더 조인트의 품질에 관한 정보를 제공할 수 있다.
주변 영향들을 배제하고 전류 강도와 직접적인 상관을 갖기 위해, 측정 사이클의 끝에서의 단지 최종 온도 대신에, 온도 구배가 확인되고, 온도 구배 및 전기 전류에 기초하여 솔더 조인트의 품질이 확인되는 것이 바람직하게 또한 가능하다. 온도 구배를 결정하기 위해, 전류 센서의 제1 온도는 전기 전류가 인가되기 전에 측정될 수 있고, 전류 센서의 제2 온도는 인가되는 전기 전류의 끝에서 측정될 수 있다. 그 후, 온도 구배는 제1 온도 T1, 제2 온도 T2 및 전기 전류가 인가되는 시간 기간 Δt에 기초하여 확인될 수 있다(온도 구배 = (T2-T1)/Δt). 미리 정의된 전류 강도에 대해 확인된 온도 구배는 이후 미리 정의된 전류 강도에 대해 그리고 선택적 메모리(330)에서의 상이한 솔더 조인트 품질들에 대해 사전에 저장된 온도 구배들과 비교될 수 있고, 이것은 솔더 조인트의 품질에 관한 정보를 제공할 수 있다.
전류 센서 장치(300)는 버스바에서의 전류 또는 자기장을 측정한다. 또한, 내부 온도도 측정된다. 이 온도 정보는 전류의 함수로서 온도 응답을 검사하는데 이용될 수 있다. 메모리(330)에 저장된 시뮬레이션 및 측정 데이터에 기초하여, 1차 전류에 대한 온도 구배의 의존성 및 솔더 캐비티들의 백분율이 알려진다.
인터페이스(112)를 이용하여, 품질 확인의 결과가 외부 프로세서에 통신될 수 있다. 간단한 실시예에서, 결과는 "통과(pass)"("1"), "실패(fail)"("0") 형태의 이진수 형태를 취할 수 있다. 또한, 전류 센서 장치(300)는, 예를 들어, 솔더 조인트에 대한 테스트가 수행되는 것으로 가정되는 것과 같이, 인터페이스(112)를 통해 커맨드들을 수신할 수 있다. 이와 관련하여 가능한 방법 시퀀스가 도 4에 도시되어 있다.
인터페이스(112)를 통해 외부로부터 전류 센서 장치(300)에 전달되는 제1 커맨드(402)는 전류 센서 장치(300) 상의, 인쇄 회로 기판과 전류 센서 장치(300) 사이의 솔더 조인트를 검사하기 위한 방법(400)의 시작을 트리거한다. 이것은 전류 센서(100)에 가까운 전류 센서 장치(300)의 제1 온도 T1이, 전기 전류가 인가되기 전에 404에서 우선 측정되는 것을 수반한다. 측정된 온도 T1은 406에서 버퍼 저장되며, 제1 온도 T1의 확인을 시그널링하기 위해 신호(408)가 인터페이스(112)를 통해 전류 센서 장치(300)에 의해 (선택적으로 외부로) 출력된다. 바람직하게, 제1 온도의 선택적인 저장(406)과 공통으로 온도의 측정(404)이, 전류 센서에 인가되는 (전력) 전류 없이 수행되고, 이는 도 4에서의 단계들(404 및 406)에 대해 박스 "인가된 전류 없음(No current applied)"에 의해 표시된다. 온도 구배를 기록할 때, 초기 온도 측정(404)을 취할 필요가 있다. 이 경우, 버스바를 통해 전류가 흐를 수 없거나, 그 RMS 값이 초기 온도 측정 후의 전류와 상이한 전류가 흐를 수 있다. 전류의 제어 및 인가는 외부로부터 제어될 수 있다. 전류 값들을 변경하는 응용에서, 평가 프로세스(알고리즘)가 또한 외부 제어 없이 자율적으로 수행될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 버스바(122) 및 접속 패드들(114)은, 410, 412에서, 미리 결정된 전류 강도에서 그리고 미리 결정된 시간 기간 Δt 동안 내부 라인(106)에 전기 전류를 인가하기 위해 이용된다. 전기 전류는 전류 센서(100)에 의해 414에서 측정된다. 측정 사이클의 끝에서, 제2 온도 T2는 온도 센서(306)에 의해 416에서 측정된다. 418에서, 온도 상승(T2-T1) 및 가능하게는 전류 상승이 이어서 확인된다. 그 다음, 이 정보는 420에서 평가될 수 있고, 솔더 포인트 품질 확인의 결과(422)가 인터페이스(112)를 통해 전류 센서 장치(300)에 의해 외부로 송신될 수 있다. 단계들(418 및 420)은 또한 외부 프로세서에 의해 수행될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 예시적인 실시예들은, 전류(자기장)에 대한 바운딩 윈도우(bounding window)를 검사하기 위해, 온도 구배 및 전류 값들(자기장 값들)을 계산하기 위한 온도 T1을 저장하기 위해 하나 이상의 내부 메모리를 이용한다. 또한, 온도 및 전류에 대한 룩업 테이블 또는 미리 설정된 값들을 저장하기 위한 내부 메모리가 제공될 수 있다. 측정되고 저장된 값들을 저장된 한계 값들과 비교하기 위해 내부 상태 머신이 제공될 수 있다. 인터페이스(112)는 한계 값들을 설정하고, 계산된 솔더 포인트 상태를 나타내기 위해 이용될 수 있다.
불량한 솔더 조인트 품질로 인한 불량한 전도율이 측정 경로에서의 더 높은 전력 손실로 이어지기 때문에, 도 2c와 관련하여 논의된 바와 같이, 기록되는 센서에서의 증가된 온도 상승으로 인해 제안된 개념에 의해 전력 손실이 식별될 수 있다. 센서를 통해 흐르는 전류의 측정 및 디바이스 또는 패키지에서의 온도 구배의 측정은, 그러한 정보 둘다를 고려하는 알고리즘에 의해 평가되는 전력 손실을 수반할 수 있다. 센서 패키지에서의 전류 의존적 열 평가에 기초하여, 솔더 포인트 또는 전도율의 품질에 관해 유용한 서술이 이루어질 수 있다. 솔더 포인트의 품질에 관한 정보는 디바이스로부터 그 주변으로 전달될 수 있다.
위에서 상세하게 설명된 예들 및 도면들 중의 하나 이상과 함께 설명되는 양태들 및 특징들은 또한, 다른 예의 동일한 특징을 대체하기 위하여, 또는 특징을 다른 예로 추가적으로 도입하기 위하여, 다른 예들 중의 하나 이상과 조합될 수 있다.
예들은 추가로, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 프로세서 상에서 실행될 때, 상기의 방법들 중 하나 이상을 수행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램일 수 있거나 그와 관련될 수 있다. 위에서 설명된 다양한 방법들로부터의 단계들, 동작들 또는 프로세스들은 프로그래밍된 컴퓨터들 또는 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 예들은 또한 머신, 프로세서 또는 컴퓨터 판독가능하고, 명령어들로부터의 머신 실행가능, 프로세서 실행가능 또는 컴퓨터 실행가능 프로그램들을 인코딩하는 프로그램 메모리 장치들, 예를 들어, 디지털 데이터 저장 매체를 커버할 수 있다. 명령어들은 위에서 설명된 방법들의 단계들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 이들이 수행되게 한다. 프로그램 메모리 장치들은, 예를 들어, 디지털 메모리들, 예를 들어, 자기 디스크들 및 자기 테이프들과 같은 자기 저장 매체, 하드 디스크 드라이브들, 또는 광학적으로 판독가능한 디지털 데이터 저장 매체를 포함할 수 있거나 그들일 수 있다. 추가의 예들은 또한 위에서 설명된 방법들의 단계들을 수행하도록 프로그래밍된 컴퓨터들, 프로세서들 또는 제어 유닛들, 또는 위에서 설명된 방법들의 단계들을 수행하도록 프로그래밍된 (필드) 프로그래밍가능 로직 어레이((F)PLA)들 또는 (필드) 프로그래밍가능 게이트 어레이((F)PGA)들을 커버할 수 있다.
설명 및 도면들은 단지 본 개시내용의 원리들을 제시한다. 또한, 본 명세서에서 언급된 모든 예들은 기술의 추가 개발을 위하여 발명자(들)에 의해 기여된 개념들 및 개시내용의 원리들을 이해할 시에 독자를 보조하기 위하여, 원칙적으로 예시적인 목적들만을 위해 명백히 이용되도록 의도된다. 본 개시내용의 원리들, 양태들 및 예들에 관한 본 명세서의 모든 서술들 및 그것의 구체적인 예들은 그의 대응물들을 포함한다.
특정 기능을 수행하는 "...을 위한 수단"으로서 지칭되는 기능 블록은 특정 기능을 수행하기 위해 설계된 회로에 관한 것일 수 있다. 결과적으로, "무언가를 위한 수단"은 "무언가를 위해 설계되거나 또는 그것에 적합한 수단", 예를 들어, 각각의 작업을 위해 설계되거나 또는 그것에 적합한 컴포넌트 또는 회로로서 구현될 수 있다.
"수단", "신호를 제공하기 위한 수단", "신호를 생성하기 위한 수단" 등으로서 지칭된 임의의 기능 블록들을 포함하는, 도면들에 도시된 상이한 요소들의 기능들은, 전용 하드웨어, 예를 들어, "신호 제공기", "신호 처리 유닛", "프로세서", "제어기" 등의 형태로, 그리고 연관된 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어로서 구현될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능들은 단일의 전용 프로세서에 의해, 단일의 공동 이용된 프로세서에 의해, 또는 그 일부 또는 전부가 공동 이용될 수 있는 복수의 개별 프로세서들에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 용어 "프로세서" 또는 "제어기"는 소프트웨어를 배타적으로 실행할 수 있는 하드웨어로 제한되는 것이 아니라, 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 네트워크 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA), 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 비휘발성 메모리 장치(스토리지)를 포함할 수 있다. 종래의 및/또는 주문형의 다른 하드웨어가 또한 포함될 수 있다.
블록도는, 예를 들어, 본 개시내용의 원리들을 구현하는 대략적 회로도를 표현할 수 있다. 유사한 방식으로, 흐름도, 플로우차트, 상태 천이도, 의사 코드 등은, 예를 들어, 실질적으로 컴퓨터 판독가능 매체에서 표현되고, 따라서 그러한 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되는지에 관계없이 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는, 다양한 프로세스들, 동작들 또는 단계들을 나타낼 수 있다. 설명 또는 특허 청구항들에서 개시된 방법들은 상기의 방법들의 각자의 단계들 각각을 수행하기 위한 수단을 갖는 컴포넌트에 의해 구현될 수 있다.
설명 또는 청구항들에 개시된 다수의 단계들, 프로세스들, 동작들 또는 기능들의 개시는, 예를 들어 기술적인 이유들로, 이것이 명시적으로 또는 암시적으로 달리 표시되지 않는 한, 특정 순서로 존재하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것은 말할 필요도 없다. 따라서, 다수의 단계들 또는 기능들의 개시는 상기의 단계들 또는 기능들이 기술적인 이유들로 상호교환 불가능하지 않는 한, 그들을 특정 순서로 제한하지 않는다. 또한, 일부 예들에서, 개별적인 단계, 기능, 프로세스 또는 동작은 다수의 부분적인 단계들, 기능들, 프로세스들 또는 동작들을 포함하고/하거나 이들로 세분될 수 있다. 그러한 부분적인 단계들은, 명시적으로 배제되지 않는 한, 상기의 개별 단계의 개시내용의 일부이고 포함될 수 있다.
또한, 청구항들은 이로써 상세한 설명에 포함되며, 각각의 청구항은 별개의 예를 자체적으로 나타낼 수 있다. 각각의 청구항은 별개의 예를 자체적으로 나타낼 수 있지만, 종속 청구항은 청구항들에서 하나 이상의 다른 청구항과의 특정 조합을 참조할 수 있지만, 다른 예들은 또한 종속 청구항의, 임의의 다른 종속 또는 독립 청구항의 청구 대상과의 조합을 또한 포함할 수 있음을 주목해야 한다. 그러한 조합들은 특정 조합이 의도되지 않는다는 표시가 주어지지 않는 한, 여기에서 명시적으로 제안된다. 또한, 청구항의 특징들은 이 청구항이 독립 청구항에 직접 종속되도록 만들어지지 않더라도, 임의의 다른 독립 청구항을 위하여 또한 포함되도록 의도된다.

Claims (12)

  1. 인쇄 회로 기판(120)과 전류 센서(100) 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 방법(400)으로서,
    상기 전류 센서(100)에 의해, 상기 솔더 조인트를 통한 전기 전류를 측정하는 단계(414);
    상기 전기 전류의 함수로서 상기 전류 센서(100)의 적어도 하나의 온도를 측정하는 단계(408; 416); 및
    상기 온도 및 상기 전기 전류에 기초하여 상기 솔더 조인트의 품질을 확인하는 단계(420)를 포함하는, 방법(400).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도는 상기 전류 센서(100)에 통합된 온도 센서(306)에 의해 측정되는, 방법(400).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 솔더 조인트의 상기 검사를 위해 전류 강도 및 상기 전기 전류의 지속기간이 미리 결정되는, 방법(400).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 온도를 측정하는 단계(408; 416)는 온도 구배의 측정을 포함하고, 상기 솔더 조인트의 상기 품질은 상기 온도 구배 및 상기 전기 전류에 기초하여 확인되는, 방법(400).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류 센서의 제1 온도는 상기 전기 전류가 인가(412)되기 전에 측정(406)되고, 상기 전류 센서의 제2 온도는 인가되는 상기 전기 전류의 끝에서 측정(416)되고, 상기 제1 및 제2 온도들 및 상기 전기 전류가 인가되는 시간 기간에 기초하여 상기 온도 구배가 확인(418)되는, 방법(400).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 솔더 조인트의 상기 품질의 확인(420)은 상기 측정된 온도가 상기 전기 전류에 대해 그리고 상이한 솔더 조인트 품질들에 대해 사전에 확인된 온도들과 비교되는 것을 수반하는, 방법(400).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 솔더 조인트의 상기 품질은 상기 전류 센서와 통합된 프로세서(320)에 의해 확인되는, 방법(400).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정된 전기 전류 및 상기 측정된 온도는 상기 전류 센서(100)로부터 인터페이스(112)를 통해 외부 프로세서로 전달되고, 상기 외부 프로세서는 상기 솔더 조인트의 상기 품질을 확인하기 위한 기초로서 이것을 취하는, 방법(400).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류 센서(100)는 적어도 하나의 홀 센서 및/또는 자기저항 센서를 포함하는, 방법(400).
  10. 인쇄 회로 기판(120)과 전류 센서(100) 사이의 적어도 하나의 솔더 조인트를 검사하기 위한 장치(300)로서,
    상기 전류 센서(100)는 상기 솔더 조인트를 통한 전기 전류 및 상기 전기 전류의 함수로서의 상기 전류 센서의 적어도 하나의 온도를 측정하도록 설계되고, 상기 장치(300)는 상기 온도 및 상기 전기 전류에 기초하여 상기 솔더 조인트의 품질을 확인하기 위한 프로세서(320)를 포함하는, 장치(300).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 전류 센서 외부에 있는 프로세서이고, 상기 전류 센서 및 상기 프로세서는 상기 측정된 온도 및 상기 전기 전류를 나타내는 신호들을 송신하기 위해 신호 인터페이스(112)를 통해 결합되는, 장치(300).
  12. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서(320) 및 상기 전류 센서(100)는 집적 회로의 형태인, 장치(300).
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