WO2004051244A1 - Method and device for detecting defective pc blanks - Google Patents

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WO2004051244A1
WO2004051244A1 PCT/EP2002/013676 EP0213676W WO2004051244A1 WO 2004051244 A1 WO2004051244 A1 WO 2004051244A1 EP 0213676 W EP0213676 W EP 0213676W WO 2004051244 A1 WO2004051244 A1 WO 2004051244A1
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WO
WIPO (PCT)
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cover layer
temperature
intermediate layer
temperature distribution
circuit board
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/013676
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Klugkist
Bodo Nemeth
Original Assignee
Solectron Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Solectron Gmbh filed Critical Solectron Gmbh
Priority to PCT/EP2002/013676 priority Critical patent/WO2004051244A1/en
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72Investigating presence of flaws

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting near-surface defects in printed circuit board blanks which occur in an intermediate layer below a cover layer which closes the printed circuit board blank to an assembly side.
  • Printed circuit board blanks have one or two component sides, which are provided with structured electrical conductor tracks and are equipped with passive or active electrical components during the production of electrical circuit boards.
  • SMT surface mounted technology
  • SMD surface mounted device
  • Printed circuit board blanks consist of a carrier, glass and plastics such as polyimides or epoxy resins being predominantly used as carrier materials.
  • the conductor tracks usually consist of a base layer made of copper, which is often covered by a thin intermediate layer and a covering layer arranged above it, which closes off the printed circuit board blank on the component side.
  • the intermediate layer has the task of protecting the underlying base layer from corrosion, while the cover layer facilitates the soldering of electrical components.
  • the intermediate layer consists of nickel and the top layer of gold.
  • the intermediate layer occasionally has local defects in printed circuit board blanks constructed in this way. These defects are usually traces of corrosion products, with nickel intermediate layers e.g. Nickel phosphide or nickel oxide, which accumulate on the surface of the intermediate layer facing the cover layer. The circumstances that lead to these corrosion phenomena have not yet been clarified, so that no measures are known with which the occurrence of these defects could be prevented. If electrical components are soldered onto the conductor tracks in the area of such defects, reliable soldering often does not take place, since the solder used does not bond or does not fully bond with the corrosion products. These defective areas are also referred to as "black pads". As a result, electrical malfunctions can occur or the electrical components can even fall off the circuit board.
  • black pads black pads
  • the object is achieved by:
  • a heating or cooling medium for generating a temperature gradient which is preferably oriented perpendicularly to the intermediate layer, in at least one region of the intermediate layer near the surface;
  • the invention is based on the knowledge that the thermal conductivity of the intermediate layer is locally reduced in the area of the defects. This local reduction in thermal conductivity is used according to the invention to detect the defects through the cover layer.
  • the intermediate layer can be over the base layer, but preferably over the cover layer. layer, either heated or cooled, in order in this way to obtain a temperature gradient within the region of the intermediate layer near the surface in which the defects usually occur. Since heat is then transported in the intermediate layer, the defects lead to a local change in the spatial temperature distribution not only in the intermediate layer, but also in the cover layer.
  • the cover layer has a higher temperature in areas over defects, since the heat is dissipated more slowly over the underlying defect areas of the intermediate layer.
  • the cover layer cools, however, the areas of the cover layer lying over defects are cooler, since heat flows there more slowly from the intermediate layer.
  • the temperature gradient will preferably have to be aligned at least approximately perpendicular to the intermediate layer.
  • heat is supplied not from the base or cover layer, but from the side.
  • the cover layer can be cooled, for example, by briefly wetting the blank of the printed circuit board with liquid nitrogen.
  • the top layer is briefly cooled by a few ° C so that the effects mentioned occur and can be demonstrated.
  • the covering layer can be heated, for example, with the aid of a high current, which heats the conductor tracks on account of the ohmic heat generated. Due to the slightly different electrical resistances of the individual layers from which the conductor tracks are built, a temperature gradient then likewise arises within the intermediate layer.
  • the cover layer is heated by irradiation with light, preferably infrared light.
  • Heating with light has the advantage that a brief rise in temperature in the cover layer can be caused by brief high-energy radiation, which leads to a correspondingly pronounced temperature gradient in the intermediate layer.
  • the changes in the temperature distribution on the cover layer caused by the defects are then greater than is the case with slow heating or cooling.
  • a flash lamp is used as the light source for irradiating the cover layer. In this way, short-term and spatially largely homogeneous heating of the printed circuit board blank can be achieved with simple means.
  • a plurality of flash lamps in particular halogen tubes, are used as the light source.
  • the temperature distribution in the cover layer can be e.g. with the help of a variety of temperature sensors that record their surface temperature directly above the conductor tracks.
  • the temperature distribution in the cover layer is preferably recorded by an infrared camera.
  • the temperature distribution of the cover layer can be determined particularly easily and with high spatial resolution.
  • the temperature image of the cover layer recorded by the infrared camera can be displayed, for example, in multiple colors on a monitor, so that an operator can draw conclusions about possible defects by analyzing the temperature distribution.
  • this analysis can also be carried out by a suitable evaluation device, for example a suitably programmed personal computer, by using image analysis known per se. draw conclusions about the presence of defects.
  • the temperature distribution in the cover layer is recorded at at least two different times, in particular after the temperature gradient has been generated.
  • the temperature distribution in the cover layer is periodically recorded after generation of the temperature gradient and evaluated by Fourier analysis.
  • the periodically recorded temperature distributions are subjected to a discrete Fourier analysis, for which very fast calculation algorithms are available, additional information on the temporal behavior of the cover layer after temperature excitation can be obtained in this way. Changes in the temperature distribution due to defects are particularly evident in the Fourier spectrum in a certain frequency range.
  • the temperature gradient can be generated periodically in the at least one region of the intermediate layer near the surface and the temperature distribution in the cover layer can be recorded with the same time offset for generation.
  • Frequencies that are suitable for the periodic temperature excitation of the intermediate layer are e.g. in the order of 30 Hz and can be achieved with the help of pulsed infrared lasers.
  • the temperature distribution determined after the heating or cooling of the cover layer can be compared with a previously determined temperature distribution.
  • This allows a differential image to be derived in which only the temperature changes emerge. In this difference image, changes due to defects can be recorded even more easily, since side effects are averaged out.
  • At least one temperature distribution that was recorded in another printed circuit board blank can also be taken into account.
  • a whole series of similar printed circuit board blanks can be checked for defects in a simple manner by first at room temperature with a printed circuit board blank the temperature distribution of the cover layer is detected. Subsequently, only the temperature distributions after heating or cooling of the cover layer are then recorded for all further printed circuit board blanks. A differential distribution is then determined for each printed circuit board blank, using the temperature distribution recorded once at room temperature and the temperature distribution recorded in each case after heating or cooling.
  • FIG. 1 shows a detail from a printed circuit board blank in a lateral section, which has a defect in a region of the intermediate layer near the surface;
  • FIG. 2 shows a device according to the invention for the detection of such a defect in a schematic representation
  • FIG. 3 shows a graph in which the temperature is plotted over time for two different locations on the cover layer.
  • 1 shows a section of an ENIG circuit board blank 10 in a lateral section in a representation that is not to scale.
  • a carrier 11 is indicated, which can consist, for example, of a polyimide.
  • a conductor track 13 is applied thereon, which essentially consists of a base layer 12 made of copper.
  • a thin intermediate layer 14 made of nickel is deposited thereon, which in turn is covered by an even thinner cover layer 16 made of gold.
  • the thickness of the intermediate layer 14 is, for example, 5 ⁇ m and the thickness of the cover layer 16 is approximately 70 nm.
  • the printed circuit board blank 10 is assembled from the component side 28 for the production of printed circuit boards by electronic components through the cover layer 16 with the intermediate layer 12 are soldered.
  • the gold of the cover layer 16 diffuses into the solder used, which wets the intermediate layer 14 made of nickel.
  • the intermediate layer 14 has a defect 18 which, as can be seen in the enlarged illustration, e.g. can consist of a small recess created by corrosion and filled with nickel phosphide. If an attempt is now made to solder an electrical component on the conductor track in the region of the defect 18, the defect 18 can result in the component not being reliably soldered to the intermediate layer 12 and possibly even falling off the printed circuit board.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a detector device 20 according to the invention in a schematic illustration, with which such a defect 18 can be detected reliably and without destruction.
  • Two are shown as halogen tubes trained flash lamps 22 and 24, which are controlled by a control device 26.
  • the flash lamps 22 and 24 are arranged so spaced from the circuit board blank 10 that the component side 28 of the circuit board blank 10 is illuminated in parallel and approximately uniformly by the flash lamps 22 and 24.
  • the detector device 20 also has an infrared camera 30, the optics of which can record a partial area or the entire component side 28 of the printed circuit board blank 10.
  • the infrared camera 30 and the control device 26 are connected to a control and evaluation device 32, which is e.g. can be a suitably programmed personal computer.
  • the control and evaluation device 32 comprises a monitor 33 on which the temperature images recorded by the infrared camera 30 can preferably be displayed in multiple colors.
  • the control and evaluation device 32 has the task of switching on the flash lamps 22 and 24 with a suitable flash duration via the control device 26 and synchronizing this in time with the recordings made by the infrared camera 30. Experiments have shown that flash times between 3/100 and 6/100 seconds lead to particularly good results.
  • the light emitted by the flash lamps 22 and 24 strikes the assembly side 28 of the printed circuit board blank 10 formed by the cover layer 16 and leads to heating there. This heat is dissipated by heat conduction into the intermediate layer 14 underneath and finally into the base layer 12 of the printed circuit board blank 10. Wherever in the Layer defects 18 are present, the heat conduction is hindered.
  • the overlying small area of the cover layer 16 therefore has a slightly higher temperature than the surrounding areas.
  • This temperature deviation is detected by the infrared camera 30 and displayed on the monitor. An operator can recognize this temperature deviation and reject the circuit board blank in question. If necessary, this can also be carried out automatically if the control and evaluation device 32 has appropriate image analysis capabilities. The rejection can then be carried out, for example, by an ejector or a robot arm.
  • the infrared camera 30 preferably takes several temperature images of the component side 28, each of which corresponds to a specific temperature distribution.
  • the additional information obtained in this way can be used in particular to distinguish deviations in the temperature distribution that are not caused by defects 18 but, for example, by defects in the cover layer 16 itself that are harmless per se, from defects 18 in the intermediate layer 14.
  • FIG. 3 shows a graph in which the temperature T is plotted against the time t for a specific point on the component side 28 of the printed circuit board blank 10.
  • t 0 is the time at which the flash lamps 22 and 24 are actuated.
  • the energy supplied as infrared light leads to a sudden heating of the assembly side 28 on this sem point until a maximum temperature T max is reached. Thereafter, the component side 28 gradually cools down again at this point, as shown in FIG. 3 by a first decay curve 34.
  • the temperature distribution of the cover layer 16 is now detected at a plurality of times t lf t 2 and t 3 , then reliable defects 18 can be detected. If a temperature distribution is detected only at one point in time, it would be difficult to distinguish the relatively small temperature difference that exists between a location on the component side 28 above a defect 18 and outside such a defect 18 from a general signal noise. However, if, as shown in FIG. 3, the temperature distribution is recorded at several times, then significant temperature deviations can be reliably identified by statistical evaluation.
  • the control and evaluation device 32 can furthermore have suitable program means by means of which the recorded temperature distributions can be subjected to a discrete Fourier analysis. In the Fourier spectrum, the changes in the temperature distributions caused by defects 18 appear even more clearly. In this case, several temperature distributions can either be recorded at periodic intervals or exposures can be carried out at periodic intervals, each of which a temperature distribution is recorded at.
  • an infrared laser that can be operated in pulsed mode is used as the light source. costume, the beam of which strikes the printed circuit board blank 10 via suitable scattering optics.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for detecting subsurface defects (18) in PC blanks (10), which occur in an intermediate layer (14) below a cover layer finishing the PC blank (10) off towards a component side (28). The invention is characterized by generating a temperature gradient which is preferably oriented perpendicularly to the intermediate layer (14) in at least one subsurface area of the intermediate layer (14) and detecting the temperature distribution in the cover layer (16) for example by using an infrared camera.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von defekten Leiterplattenrohlinqen Method and device for the detection of defective circuit board blanks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von oberflächennahen Defekten in Leiterplattenrohlingen, die in einer Zwischenschicht unterhalb einer den Leiterplattenrohling zu einer Bestückungsseite hin abschließenden Deckschicht auftreten.The invention relates to a method and a device for detecting near-surface defects in printed circuit board blanks which occur in an intermediate layer below a cover layer which closes the printed circuit board blank to an assembly side.
Leiterplattenrohlinge weisen eine oder zwei Bestückungsseiten auf, die mit strukturierten elektrischen Leiterbahnen versehen sind und bei der Herstellung elektrischer Leiterplatten mit passiven oder aktiven elektrischen Bauteilen bestückt werden. Verbreitet ist dabei insbesondere das sog. SMT-Verfahren (SMT = surface mounted technology) , bei dem für dieses Verfahren besonders ausgelegte sog. SMD-Bauelemente (SMD = surface mounted device) unmittelbar auf die Oberfläche der Leiterplatten aufgelötet werden. Auf die ansonsten erforderlichen Löcher in den Leiterplattenrohlingen zur Aufnahme von Anschlußdrähten der Bauelemente kann bei dieser Technologie verzichtet werden.Printed circuit board blanks have one or two component sides, which are provided with structured electrical conductor tracks and are equipped with passive or active electrical components during the production of electrical circuit boards. In particular, the so-called SMT method (SMT = surface mounted technology) is widespread, in which so-called SMD components (SMD = surface mounted device) specially designed for this method are soldered directly onto the surface of the printed circuit boards. This technology does away with the otherwise required holes in the circuit board blanks for receiving connecting wires of the components.
Leiterplattenrohlinge bestehen aus einem Träger, wobei überwiegend Glas und Kunststoffe wie Polyimide oder Epoxydharze als Trägermaterialien eingesetzt werden. Die Leiterbahnen bestehen meist aus einer Grundschicht aus Kupfer, die häufig von einer dünnen Zwischenschicht und einer darüber angeordneten, den Leiterplattenrohling zu der Bestückungsseite hin abschließenden Deckschicht bedeckt ist. Die Zwischenschicht hat die Aufgabe, die darunter liegende Grundschicht vor Korrosion zu schützen, während die Deckschicht das Auflöten elektrischer Bauelemente erleichtert. Bei sogenannten ENIG-Leiterplatten (ENIG = e- lectroless nickel imπiersion gold) besteht die Zwischenschicht aus Nickel und die Deckschicht aus Gold.Printed circuit board blanks consist of a carrier, glass and plastics such as polyimides or epoxy resins being predominantly used as carrier materials. The conductor tracks usually consist of a base layer made of copper, which is often covered by a thin intermediate layer and a covering layer arranged above it, which closes off the printed circuit board blank on the component side. The intermediate layer has the task of protecting the underlying base layer from corrosion, while the cover layer facilitates the soldering of electrical components. With so-called ENIG circuit boards (ENIG = e- lectroless nickel imπiersion gold), the intermediate layer consists of nickel and the top layer of gold.
Es hat sich gezeigt, daß die Zwischenschicht bei derart aufgebauten Leiterplattenrohlingen gelegentlich lokale Defekte aufweist. Bei diesen Defekten handelt es sich in der Regel um Spuren von Korrosionsprodukten, bei Zwischenschichten aus Nickel z.B. Nickelphosphid oder Nickeloxid, die sich an der zur Deckschicht weisenden Oberfläche der Zwischenschicht anreichern. Die Umstände, die zu diesen Korrosionserscheinungen führen, sind bislang nicht geklärt, so daß keine Maßnahmen bekannt sind, mit denen das Auftreten dieser Defekte verhindert werden könnte. Werden elektrische Bauelemente im Bereich derartiger Defekte auf den Leiterbahnen aufgelötet, so kommt häufig keine zuverlässige Lötung zustande, da das verwendete Lot sich nicht oder nicht vollständig mit den Korrosionsprodukten verbindet. Diese defekten Bereiche werden auch als "black pads" bezeichnet. Als Folge davon kann es zu elektrischen Fehlfunktionen o- der sogar zum Herabfallen der elektrischen Bauelemente von der Leiterplatte kommen.It has been shown that the intermediate layer occasionally has local defects in printed circuit board blanks constructed in this way. These defects are usually traces of corrosion products, with nickel intermediate layers e.g. Nickel phosphide or nickel oxide, which accumulate on the surface of the intermediate layer facing the cover layer. The circumstances that lead to these corrosion phenomena have not yet been clarified, so that no measures are known with which the occurrence of these defects could be prevented. If electrical components are soldered onto the conductor tracks in the area of such defects, reliable soldering often does not take place, since the solder used does not bond or does not fully bond with the corrosion products. These defective areas are also referred to as "black pads". As a result, electrical malfunctions can occur or the electrical components can even fall off the circuit board.
Die Schwierigkeit besteht nun darin, daß diese Defekte aufgrund der darüber liegenden Deckschicht von außen nicht erkennbar sind. Nur nach einer Zerstörung der Deckschicht können diese Defekte an der Oberfläche der Zwischenschicht von außen entdeckt werden. Allenfalls bei einer funktionellen Leiterplattenprüfung im Anschluß an deren Herstellung sind diese Defekte feststellbar; häufig jedoch treten Fehlfunktionen erst später auf, so daß fehlerhafte Leiterplatten unerkannt die Produktion verlassen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von oberflächennahen Defekten in Leiterplattenrohlingen der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Detektion zerstörungsfrei erfolgen kann.The difficulty now lies in the fact that these defects are not recognizable from the outside due to the overlying layer. Only after the cover layer has been destroyed can these defects on the surface of the intermediate layer be discovered from the outside. At most, in the case of a functional circuit board test following its manufacture, these defects can be determined; however, malfunctions often only occur later, so that faulty circuit boards leave production unrecognized. It is therefore an object of the invention to improve a method and a device for the detection of defects near the surface in printed circuit board blanks of the type mentioned at the outset in such a way that the detection can be carried out without destruction.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch folgende Schritte gelöst:With regard to the method, this task is solved by the following steps:
a) Erzeugen eines vorzugsweise senkrecht zur Zwischenschicht ausgerichteten Temperaturgradienten in wenigstens einem oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht;a) generating a temperature gradient, preferably oriented perpendicular to the intermediate layer, in at least one region of the intermediate layer near the surface;
b) Erfassen der Temperaturverteilung in der Deckschicht.b) Detecting the temperature distribution in the cover layer.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch :With regard to the device, the object is achieved by:
a) ein Heiz- oder Kühlmittel zum Erzeugen eines vorzugsweise senkrecht zur Zwischenschicht ausgerichteten Temperaturgradienten in wenigstens einem oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht;a) a heating or cooling medium for generating a temperature gradient, which is preferably oriented perpendicularly to the intermediate layer, in at least one region of the intermediate layer near the surface;
b) einen Temperaturmesser zum Erfassen der Temperaturverteilung in der Deckschicht.b) a temperature meter for recording the temperature distribution in the cover layer.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Bereich der Defekte die Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht lokal verringert ist. Diese lokale Herabsetzung der Wärmeleitfähigkeit wird erfindungsgemäß dazu ausgenutzt, die Defekte durch die Deckschicht hindurch zu detektieren. Hierzu kann die Zwischenschicht über die Grundschicht, vorzugsweise aber über die Deck- schicht, entweder erwärmt oder abgekühlt werden, um auf diese Weise einen Temperaturgradienten innerhalb des oberflächennahen Bereichs der Zwischenschicht, in dem die Defekte üblicherweise auftreten, zu erhalten. Da dann ein Wärmetransport in der Zwischenschicht stattfindet, führen die Defekte zu einer lokalen Veränderung der räumlichen Temperaturverteilung nicht nur in der Zwischenschicht, sondern auch in der Deckschicht. Wird nämlich beispielsweise der wenigstens eine oberflächennahe Bereich der Zwischenschicht über die darüber liegende Deckschicht erwärmt, so weist die Deckschicht in Bereichen über Defekten eine höhere Temperatur auf, da die Wärme über die darunter liegenden defekten Bereiche der Zwischenschicht langsamer abgeführt wird. Bei einem Abkühlen der Deckschicht hingegen sind die über Defekten liegenden Bereiche der Deckschicht kühler, da Wärme dort langsamer aus der Zwischenschicht nachströmt.The invention is based on the knowledge that the thermal conductivity of the intermediate layer is locally reduced in the area of the defects. This local reduction in thermal conductivity is used according to the invention to detect the defects through the cover layer. For this purpose, the intermediate layer can be over the base layer, but preferably over the cover layer. layer, either heated or cooled, in order in this way to obtain a temperature gradient within the region of the intermediate layer near the surface in which the defects usually occur. Since heat is then transported in the intermediate layer, the defects lead to a local change in the spatial temperature distribution not only in the intermediate layer, but also in the cover layer. If, for example, the at least one near-surface area of the intermediate layer is heated via the overlying cover layer, the cover layer has a higher temperature in areas over defects, since the heat is dissipated more slowly over the underlying defect areas of the intermediate layer. When the cover layer cools, however, the areas of the cover layer lying over defects are cooler, since heat flows there more slowly from the intermediate layer.
Auf diese Weise lassen sich somit Defekte an der Oberfläche der Zwischenschicht zerstörungsfrei erkennen, so daß sämtliche Leiterplattenrohlinge unmittelbar nach deren Herstellung oder vor der Bestückung mit elektronischen Bauteilen zuverlässig überprüft werden können.In this way, defects on the surface of the intermediate layer can thus be identified non-destructively, so that all printed circuit board blanks can be reliably checked immediately after they have been produced or before they are fitted with electronic components.
Vorzugsweise wird der Temperaturgradient zumindest annähernd senkrecht zu der Zwischenschicht auszurichten sein. Prinzipiell ist es aber auch möglich, einen parallel zur der Zwischenschicht ausgerichteten Temperaturgradienten zu erzeugen, z.B. indem bei kleinen Leiterplattenrohlingen Wärme nicht von der Grund- oder Deckschicht, sondern von der Seite her zugeführt wird. Ein Abkühlen der Deckschicht kann z.B. mit Hilfe eines kurzen Benetzens des Leiterplattenrohlings mit flüssigen Stickstoff erfolgen. Die Deckschicht wird dabei kurzzeitig um einige °C abgekühlt, so daß die angesprochenen Effekte auftreten und nachgewiesen werden können. Eine Erwärmung der Deckschicht kann z.B. mit Hilfe eines hohen Stromes erreicht werden, der aufgrund der erzeugten Ohmschen Wärme die Leiterbahnen erhitzt. Aufgrund der geringfügig unterschiedlichen elektrischen Widerstände der einzelnen Schichten, aus denen die Leiterbahnen aufgebaut sind, entsteht dann ebenfalls ein Temperaturgradient innerhalb der Zwischenschicht.The temperature gradient will preferably have to be aligned at least approximately perpendicular to the intermediate layer. In principle, however, it is also possible to generate a temperature gradient aligned parallel to the intermediate layer, for example, in the case of small circuit board blanks, heat is supplied not from the base or cover layer, but from the side. The cover layer can be cooled, for example, by briefly wetting the blank of the printed circuit board with liquid nitrogen. The top layer is briefly cooled by a few ° C so that the effects mentioned occur and can be demonstrated. The covering layer can be heated, for example, with the aid of a high current, which heats the conductor tracks on account of the ohmic heat generated. Due to the slightly different electrical resistances of the individual layers from which the conductor tracks are built, a temperature gradient then likewise arises within the intermediate layer.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch zum Erzeugen eines Temperaturgradienten in dem wenigstens einem oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht die Deckschicht durch Bestrahlung mit Licht, vorzugsweise Infrarotlicht, erwärmt .In a preferred embodiment of the invention, however, to produce a temperature gradient in the at least one region of the intermediate layer near the surface, the cover layer is heated by irradiation with light, preferably infrared light.
Eine Erwärmung mit Licht hat den Vorteil, daß durch kurzzeitige energiereiche Bestrahlung ein plötzlicher Temperaturanstieg in der Deckschicht hervorgerufen werden kann, der zu einem entsprechend ausgeprägten Temperaturgradienten in der Zwischenschicht führt. Die durch die Defekte hervorgerufenen Veränderungen der Temperaturverteilung auf der Deckschicht sind dann größer, als dies bei einem langsamen Erwärmen oder Abkühlen der Fall ist.Heating with light has the advantage that a brief rise in temperature in the cover layer can be caused by brief high-energy radiation, which leads to a correspondingly pronounced temperature gradient in the intermediate layer. The changes in the temperature distribution on the cover layer caused by the defects are then greater than is the case with slow heating or cooling.
Es ist deswegen weiter bevorzugt, wenn als Lichtquelle für die Bestrahlung der Deckschicht eine Blitzlichtlampe verwendet wird. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln eine kurzzeitige und räumlich weitgehend homogene Erwärmung des Leiterplattenrohlings erzielt werden.It is therefore further preferred if a flash lamp is used as the light source for irradiating the cover layer. In this way, short-term and spatially largely homogeneous heating of the printed circuit board blank can be achieved with simple means.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung werden als Lichtquelle mehrere Blitzlichtlampen, insbesondere Halogenröhren, verwendet.In an advantageous further development of this embodiment, a plurality of flash lamps, in particular halogen tubes, are used as the light source.
Auf diese Weise können auch bei größeren Leiterplattenrohlingen über deren gesamte Bestückungsfläche hinweg annähernd gleichartige Ausgangsbedingungen geschaffen werden, bevor die Temperaturverteilung auf der Deckschicht erfaßt und ausgewertet wird.In this way, even in the case of larger circuit board blanks, approximately identical starting conditions can be created over their entire assembly area before the temperature distribution on the cover layer is detected and evaluated.
Die Temperaturverteilung in der Deckschicht kann bei kleinen Leiterplattenrohlingen z.B. mit Hilfe einer Vielzahl von Temperaturfühlern erfaßt werden, die unmittelbar über den Leiterbahnen deren Oberflächentemperatur aufnehmen.The temperature distribution in the cover layer can be e.g. with the help of a variety of temperature sensors that record their surface temperature directly above the conductor tracks.
Vorzugsweise wird jedoch die Temperaturverteilung in der Deckschicht von einer Infrarotkamera erfaßt.However, the temperature distribution in the cover layer is preferably recorded by an infrared camera.
Auf diese Weise läßt sich besonders einfach und mit hoher räumlicher Auflösung die Temperaturverteilung der Deckschicht ermitteln. Das von der Infrarotkamera aufgenommene Temperaturbild der Deckschicht kann z.B. mehrfarbig auf einem Monitor dargestellt werden, so daß eine Bedienperson durch Analyse der Temperaturverteilung Schlüsse auf mögliche Defekte ziehen kann. Diese Analyse kann aber auch von einer geeigneten Auswerteeinrichtung, z.B. einem entsprechend programmierten Personalcomputer, übernommen werden, indem durch an sich bekannte Bildanaly- severfahren Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Defekten gezogen werden.In this way, the temperature distribution of the cover layer can be determined particularly easily and with high spatial resolution. The temperature image of the cover layer recorded by the infrared camera can be displayed, for example, in multiple colors on a monitor, so that an operator can draw conclusions about possible defects by analyzing the temperature distribution. However, this analysis can also be carried out by a suitable evaluation device, for example a suitably programmed personal computer, by using image analysis known per se. draw conclusions about the presence of defects.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperaturverteilung in der Deckschicht zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten, insbesondere nach Erzeugen des Temperaturgradienten, erfaßt.In another advantageous embodiment of the invention, the temperature distribution in the cover layer is recorded at at least two different times, in particular after the temperature gradient has been generated.
Auf diese Weise gewinnt man zusätzliche Informationen zum zeitlichen Abkühlverhalten (oder Aufwärmverhalten, falls die Deckschicht vorher abgekühlt wurde) der Deckschicht. Diese zusätzlichen Informationen können dazu verwendet werden, Defekte örtlich noch genauer und vor allem zuverlässiger zu detektieren. Auf Nebeneffekte, z.B. Verschmutzungen oder Kratzer, zurückzuführende Änderungen der Temperaturverteilung der Deckschicht können auf diese Weise leichter von solchen Änderungen unterschieden werden, die auf besagte Defekte zurückzuführen sind.In this way, one obtains additional information on the temporal cooling behavior (or warming-up behavior, if the covering layer was previously cooled) of the covering layer. This additional information can be used to detect defects locally more precisely and, above all, more reliably. For side effects, e.g. In this way, dirt or scratches, changes due to the temperature distribution of the cover layer can be distinguished more easily from changes which are attributable to said defects.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Ausgestaltung wird die Temperaturverteilung in der Deckschicht nach Erzeugen des Temperaturgradienten periodisch erfaßt und durch Fourier-Analyse ausgewertet.In a particularly preferred development of this embodiment, the temperature distribution in the cover layer is periodically recorded after generation of the temperature gradient and evaluated by Fourier analysis.
Werden die periodisch erfaßten Temperaturverteilungen einer diskreten Fourier-Analyse unterzogen, für die sehr schnelle Berechnungsalgorithmen zur Verfügung stehen, so lassen sich auf diese Weise zusätzliche Informationen zum zeitlichen Verhalten der Deckschicht nach einer Temperaturanregung gewinnen. Auf Defekte zurückzuführende Veränderungen der Temperaturverteilung treten im Fourier-Spektrum in einem bestimmten Frequenzbereich besonders deutlich hervor. Alternativ oder auch zusätzlich hierzu kann der Temperaturgradient in dem wenigstens einen oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht periodisch erzeugt und die Temperaturverteilung in der Deckschicht jeweils mit gleichem zeitlichen Versatz zur Erzeugung erfaßt werden.If the periodically recorded temperature distributions are subjected to a discrete Fourier analysis, for which very fast calculation algorithms are available, additional information on the temporal behavior of the cover layer after temperature excitation can be obtained in this way. Changes in the temperature distribution due to defects are particularly evident in the Fourier spectrum in a certain frequency range. Alternatively or in addition to this, the temperature gradient can be generated periodically in the at least one region of the intermediate layer near the surface and the temperature distribution in the cover layer can be recorded with the same time offset for generation.
Auch auf diese Weise treten von Defekten verursachte Änderungen der Temperaturverteilung besonders deutlich hervor. Frequenzen, die für die periodische Temperaturanregung der Zwischenschicht geeignet sind, liegen z.B. in der Größenordnung von 30 Hz und können mit Hilfe gepulster Infrarotlaser erreicht werden.In this way, too, changes in the temperature distribution caused by defects are particularly evident. Frequencies that are suitable for the periodic temperature excitation of the intermediate layer are e.g. in the order of 30 Hz and can be achieved with the help of pulsed infrared lasers.
Ferner kann es vorteilhaft sein, die Temperaturverteilung in der Deckschicht auch vor Erzeugen des Temperaturgradienten nach Schritt a) zu erfassen.Furthermore, it can be advantageous to also record the temperature distribution in the cover layer before generating the temperature gradient after step a).
Auf diese Weise kann die nach dem Erwärmen oder Abkühlen der Deckschicht erfaßte Temperaturverteilung mit einer zuvor erfaßten Temperaturverteilung verglichen werden. Dadurch läßt sich ein Differenzbild ableiten, in dem nur die Temperaturänderungen hervortreten. In diesem Differenzbild können auf Defekte zurückgehende Änderungen noch leichter erfaßt werden, da Nebeneffekte gleichsam herausgemittelt werden.In this way, the temperature distribution determined after the heating or cooling of the cover layer can be compared with a previously determined temperature distribution. This allows a differential image to be derived in which only the temperature changes emerge. In this difference image, changes due to defects can be recorded even more easily, since side effects are averaged out.
Bei der Ermittlung von Differenzverteilungen kann auch wenigstens eine Temperaturverteilung, die bei einem anderen Leiterplattenrohling erfaßt wurde, berücksichtigt werden.When determining differential distributions, at least one temperature distribution that was recorded in another printed circuit board blank can also be taken into account.
So kann beispielsweise eine ganze Serie gleichartiger Leiterplattenrohlinge auf einfache Weise auf Defekte überprüft werden, indem zunächst bei Raumtemperatur bei einem Leiterplatten- rohling die Temperaturverteilung der Deckschicht erfaßt wird. Anschließend werden dann bei allen weiteren Leiterplattenrohlingen nur noch Temperaturverteilungen nach einem Erwärmen oder Abkühlen der Deckschicht erfaßt. Für jeden Leiterplattenrohling wird dann eine Differenzverteilung unter Verwendung der einmal bei Raumtemperatur aufgenommenen Temperaturverteilung und der jeweils nach Erwärmung oder Abkühlen erfaßten Temperaturverteilung ermittelt.For example, a whole series of similar printed circuit board blanks can be checked for defects in a simple manner by first at room temperature with a printed circuit board blank the temperature distribution of the cover layer is detected. Subsequently, only the temperature distributions after heating or cooling of the cover layer are then recorded for all further printed circuit board blanks. A differential distribution is then determined for each printed circuit board blank, using the temperature distribution recorded once at room temperature and the temperature distribution recorded in each case after heating or cooling.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des nachfolgenden Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:Further advantages and features of the invention result from the description of the following exemplary embodiment with reference to the drawing. In it show:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Leiterplattenrohling in einem seitlichen Schnitt, der einen Defekt in einem oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht aufweist;1 shows a detail from a printed circuit board blank in a lateral section, which has a defect in a region of the intermediate layer near the surface;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion eines derartigen Defekts in einer schematischen Darstellung;2 shows a device according to the invention for the detection of such a defect in a schematic representation;
Fig. 3 einen Graphen, in dem für zwei unterschiedliche Orte auf der Deckschicht die Temperatur über der Zeit aufgetragen ist. In Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem ENIG- Leiterplattenrohling 10 in einem seitlichen Schnitt in nicht maßstäblicher Darstellung. Angedeutet ist ein Träger 11, der z.B. aus einem Polyimid bestehen kann. Darauf ist eine Leiterbahn 13 aufgebracht, die im wesentlichen aus einer Grundschicht 12 aus Kupfer besteht. Darauf ist eine dünne Zwischenschicht 14 aus Nickel abgeschieden, die wiederum von einer noch dünneren Deckschicht 16 aus Gold bedeckt ist. Bei typischen Leiterplattenrohlingen dieser Art beträgt die Dicke der Zwischenschicht 14 z.B. 5 μm und die Dicke der Deckschicht 16 etwa 70 nm. Der Leiterplattenrohling 10 wird zur Herstellung von Leiterplatten von der Bestückungsseite 28 her bestückt, indem elektronische Bauteile durch die Deckschicht 16 hindurch mit der Zwischenschicht 12 verlötet werden. Das Gold der Deckschicht 16 diffundiert dabei in das verwendete Lot, welches die Zwischenschicht 14 aus Nickel benetzt.3 shows a graph in which the temperature is plotted over time for two different locations on the cover layer. 1 shows a section of an ENIG circuit board blank 10 in a lateral section in a representation that is not to scale. A carrier 11 is indicated, which can consist, for example, of a polyimide. A conductor track 13 is applied thereon, which essentially consists of a base layer 12 made of copper. A thin intermediate layer 14 made of nickel is deposited thereon, which in turn is covered by an even thinner cover layer 16 made of gold. In typical printed circuit board blanks of this type, the thickness of the intermediate layer 14 is, for example, 5 μm and the thickness of the cover layer 16 is approximately 70 nm. The printed circuit board blank 10 is assembled from the component side 28 for the production of printed circuit boards by electronic components through the cover layer 16 with the intermediate layer 12 are soldered. The gold of the cover layer 16 diffuses into the solder used, which wets the intermediate layer 14 made of nickel.
Die Zwischenschicht 14 weist einen Defekt 18 auf, der, wie in der vergrößerten Darstellung erkennbar ist, z.B. aus einer durch Korrosion entstandenen, mit Nickelphosphid angefüllten kleinen Ausnehmung bestehen kann. Falls nun versucht wird, im Bereich des Defektes 18 ein elektrisches Bauelement auf der Leiterbahn anzulöten, so kann der Defekt 18 dazu führen, daß das Bauelement nicht zuverlässig mit der Zwischenschicht 12 verlötet wird und unter Umständen sogar von der Leiterplatter herabfallen kann.The intermediate layer 14 has a defect 18 which, as can be seen in the enlarged illustration, e.g. can consist of a small recess created by corrosion and filled with nickel phosphide. If an attempt is now made to solder an electrical component on the conductor track in the region of the defect 18, the defect 18 can result in the component not being reliably soldered to the intermediate layer 12 and possibly even falling off the printed circuit board.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung 20 in einer schematischen Darstellung, mit der einer derartiger Defekt 18 zuverlässig und zerstörungsfrei erkannt werden kann. Dargestellt sind zwei als Halogenröhren ausgebildete Blitzlichtlampen 22 und 24, die von einem Steuergerät 26 angesteuert werden. Die Blitzlichtlampen 22 und 24 sind derart beabstandet von dem Leiterplattenrohling 10 angeordnet, daß die Bestückungsseite 28 des Leiterplattenrohlings 10 parallel und annähernd gleichmäßig von den Blitzlichtlampen 22 und 24 beleuchtet wird.2 shows an exemplary embodiment of a detector device 20 according to the invention in a schematic illustration, with which such a defect 18 can be detected reliably and without destruction. Two are shown as halogen tubes trained flash lamps 22 and 24, which are controlled by a control device 26. The flash lamps 22 and 24 are arranged so spaced from the circuit board blank 10 that the component side 28 of the circuit board blank 10 is illuminated in parallel and approximately uniformly by the flash lamps 22 and 24.
Die erfindungsgemäße Detektorvorrichtung 20 weist ferner eine Infrarotkamera 30 auf, deren Optik einen Teilbereich oder die gesamte Bestückungsseite 28 des Leiterplattenrohlings 10 aufnehmen kann. Die Infrarotkamera 30 sowie die Steuereinrichtung 26 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Steuer- und Auswerteinrichtung 32 verbunden, bei der es sich z.B. um einen entsprechend programmierten Personalcomputer handeln kann. Die Steuer- und Auswerteinrichtung 32 umfaßt einen Monitor 33, auf dem die von der Infrarotkamera 30 aufgenommenen Temperaturbilder vorzugsweise mehrfarbig dargestellt werden können. Ferner hat die Steuer- und Auswerteinrichtung 32 die Aufgabe, über das Steuergerät 26 die Blitzlichtlampen 22 und 24 mit einer geeigneten Blitzdauer einzuschalten und dies mit den von der Infrarotkamera 30 gemachten Aufnahmen zeitlich zu synchronisieren. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß Blitzdauern zwischen einer 3/100 und einer 6/100 Sekunde zu besonders guten Ergebnissen führen.The detector device 20 according to the invention also has an infrared camera 30, the optics of which can record a partial area or the entire component side 28 of the printed circuit board blank 10. In the exemplary embodiment shown, the infrared camera 30 and the control device 26 are connected to a control and evaluation device 32, which is e.g. can be a suitably programmed personal computer. The control and evaluation device 32 comprises a monitor 33 on which the temperature images recorded by the infrared camera 30 can preferably be displayed in multiple colors. Furthermore, the control and evaluation device 32 has the task of switching on the flash lamps 22 and 24 with a suitable flash duration via the control device 26 and synchronizing this in time with the recordings made by the infrared camera 30. Experiments have shown that flash times between 3/100 and 6/100 seconds lead to particularly good results.
Das von den Blitzlichtlampen 22 und 24 ausgesandte Licht trifft auf die von der Deckschicht 16 gebildete Bestückungsseite 28 des Leiterplattenrohlings 10 und führt dort zu einer Erwärmung. Diese Wärme wird durch Wärmeleitung in die darunter liegende Zwischenschicht 14 und schließlich in die Grundschicht 12 des Leiterplattenrohlings 10 abgeleitet. Dort, wo in der Zwischen- schicht Defekte 18 vorhanden sind, wird die Wärmeleitung behindert. Der darüber liegende kleine Bereich der Deckschicht 16 weist daher eine geringfügig höhere Temperatur als die umgebenden Bereiche auf . Diese Temperaturabweichung wird von der Infrarotkamera 30 erfaßt und auf dem Monitor dargestellt. Eine Bedienperson kann diese Temperaturabweichung erkennen und den betreffenden Leiterplattenrohling aussondern. Dies kann ggf. auch automatisch durchgeführt werden, wenn die Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 über entsprechende Bildanalyse-Fähigkeiten verfügt. Das Aussondern kann dann z.B. von einem Auswerfer oder einem Roboterarm vollzogen werden.The light emitted by the flash lamps 22 and 24 strikes the assembly side 28 of the printed circuit board blank 10 formed by the cover layer 16 and leads to heating there. This heat is dissipated by heat conduction into the intermediate layer 14 underneath and finally into the base layer 12 of the printed circuit board blank 10. Wherever in the Layer defects 18 are present, the heat conduction is hindered. The overlying small area of the cover layer 16 therefore has a slightly higher temperature than the surrounding areas. This temperature deviation is detected by the infrared camera 30 and displayed on the monitor. An operator can recognize this temperature deviation and reject the circuit board blank in question. If necessary, this can also be carried out automatically if the control and evaluation device 32 has appropriate image analysis capabilities. The rejection can then be carried out, for example, by an ejector or a robot arm.
Um die relativ kleinen Temperaturdifferenzen auf der Bestückungsseite 28 des Leiterplattenrohlings 10 zuverlässiger erfassen und von Rauscheffekten unterscheiden zu können, werden vorzugsweise mehrere Temperaturbilder der Bestückungsseite 28 von der Infrarotkamera 30 aufgenommen, die jeweils einer bestimmten Temperaturverteilung entsprechen. Die dadurch gewonnene Zusatzinformation kann insbesondere dazu verwendet werden, Abweichungen der Temperaturverteilung, die nicht durch Defekte 18 hervorgerufen, sondern beispielsweise durch an sich unschädliche Defekte in der Deckschicht 16 selbst hervorgerufen wurden, von Defekten 18 in der Zwischenschicht 14 zu unterscheiden.In order to be able to reliably detect the relatively small temperature differences on the component side 28 of the printed circuit board blank 10 and to distinguish them from noise effects, the infrared camera 30 preferably takes several temperature images of the component side 28, each of which corresponds to a specific temperature distribution. The additional information obtained in this way can be used in particular to distinguish deviations in the temperature distribution that are not caused by defects 18 but, for example, by defects in the cover layer 16 itself that are harmless per se, from defects 18 in the intermediate layer 14.
Fig. 3 zeigt einen Graphen, in dem für einen bestimmten Punkt auf der Bestückungsseite 28 des Leiterplattenrohlings 10 die Temperatur T über der Zeit t aufgetragen ist. Mit t0 ist der Zeitpunkt bezeichnet, zu dem die Blitzlichtlampen 22 und 24 betätigt werden. Die als Infrarotlicht zugeführte Energie führt zu einer sprunghaften Erwärmung der Bestückungsseite 28 an die- sem Punkt, bis eine Maximaltemperatur Tmax erreicht wird. Danach kühlt sich die Bestückungsseite 28 an diesem Punkt nach und nach wieder ab, wie dies in Fig. 3 durch eine erste Abklingkurve 34 gezeigt ist.FIG. 3 shows a graph in which the temperature T is plotted against the time t for a specific point on the component side 28 of the printed circuit board blank 10. With t 0 is the time at which the flash lamps 22 and 24 are actuated. The energy supplied as infrared light leads to a sudden heating of the assembly side 28 on this sem point until a maximum temperature T max is reached. Thereafter, the component side 28 gradually cools down again at this point, as shown in FIG. 3 by a first decay curve 34.
Falls sich an der betreffenden Stelle auf der Bestückungsseite 28 jedoch ein Defekt 18 befindet, so wird die Wärmeabfuhr in darunter liegende Schichten des Leiterplattenrohlings 10 behindert. Dadurch ist die Temperatur an derartigen Stellen der Bestückungsseite 28 geringfügig höher als in deren Umgebung. In Fig. 3 ist dieser Fall durch eine zweite, gestrichelt dargestellte Abklingkurve 36 wiedergegeben.If, however, there is a defect 18 at the relevant point on the component side 28, the heat dissipation into layers of the printed circuit board blank 10 underneath is impeded. As a result, the temperature at such locations on the component side 28 is slightly higher than in the vicinity thereof. This case is shown in FIG. 3 by a second decay curve 36, shown in broken lines.
Wenn nun zu mehreren Zeitpunkten tlf t2 und t3 die Temperaturverteilung der Deckschicht 16 erfaßt wird, so lassen sich dadurch zuverlässiger Defekte 18 detektieren. Falls nämlich nur zu einem Zeitpunkt eine Temperaturverteilung erfaßt wird, so ließe sich die relativ geringe Temperaturdifferenz, die zwischen einem über einem Defekt 18 und außerhalb eines solchen Defektes 18 liegenden Ort auf der Bestückungsseite 28 besteht, nur schwer von einem allgemeinen Signalrauschen unterscheiden. Wenn jedoch, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, zu mehreren Zeiten die Temperaturverteilung erfaßt wird, so können durch statistische Auswertung signifikante Temperaturabweichungen zuverlässig erkannt werden.If the temperature distribution of the cover layer 16 is now detected at a plurality of times t lf t 2 and t 3 , then reliable defects 18 can be detected. If a temperature distribution is detected only at one point in time, it would be difficult to distinguish the relatively small temperature difference that exists between a location on the component side 28 above a defect 18 and outside such a defect 18 from a general signal noise. However, if, as shown in FIG. 3, the temperature distribution is recorded at several times, then significant temperature deviations can be reliably identified by statistical evaluation.
Obwohl Defekte 18 durchaus mit bloßem Auge auf dem Monitor 33 der Steuer- und Auswerteeinrichtung 32 erkennbar sind, wird eine vollautomatische Auswertung von mehreren aufgenommenen Temperaturverteilungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Bei einer solchen vollautomatischen Auswertung können zur weiteren Rauschminimierung auch Differenzverteilungen erzeugt werden, bei denen von Temperaturverteilungen, die z.B. zu einer der Zeiten tιr t2 oder t3 aufgenommen wurden, eine noch vor der Belichtung zur Zeit tv aufgenommene Temperaturverteilung subtrahiert werden. Dadurch lassen sich Untergrundeffekte zumindest teilweise herausmitteln.Although defects 18 can definitely be seen with the naked eye on the monitor 33 of the control and evaluation device 32, a fully automatic evaluation of several recorded temperature distributions is preferred within the scope of the present invention. With such a fully automatic evaluation can further noise minimization, differential distributions are also generated, in which a temperature distribution recorded before the exposure at time t v is subtracted from temperature distributions recorded, for example, at times t ιr t 2 or t 3 . In this way, background effects can be at least partially averaged out.
Bei identischen Leiterplattenrohlingen ist es auch möglich, die Temperaturverteilung zur Zeit tv nur einmal für alle Leiterplattenrohlinge mit Hilfe der Infrarotkamera 30 aufzunehmen. Diese Temperaturverteilung wird dann für alle anderen Leiterplattenrohlinge, die ebenfalls überprüft werden sollen, von den nach der Erwärmung erfaßten Temperaturverteilungen abgezogen. Auf diese Weise läßt sich eine sehr große Zahl von Leiterplattenrohlingen zuverlässig und zerstörungsfrei auf Defekte überprüfen, da die einzelnen Leiterplatten lediglich kurz belichtet und die Abklingkurven mit Hilfe mehrerer Aufnahmen durch die Infrarotkamera 30 aufgenommen zu werden brauchen.With identical circuit board blanks, it is also possible to record the temperature distribution at time t v only once for all circuit board blanks with the aid of the infrared camera 30. This temperature distribution is then subtracted from the temperature distributions recorded after heating for all other printed circuit board blanks which are also to be checked. In this way, a very large number of circuit board blanks can be checked for defects reliably and non-destructively, since the individual circuit boards are only exposed briefly and the decay curves need to be recorded by the infrared camera 30 with the aid of several recordings.
Die Steuer- und Auswerteinrichtung 32 kann ferner geeignete Programmittel aufweisen, mit deren Hilfe sich die aufgenommenen Temperaturverteilungen einer diskreten Fourier-Analyse unterziehen lassen. Im Fourier-Spektrum treten die durch Defekte 18 verursachten Änderungen in den Temperaturverteilungen noch deutlicher hervor. Dabei können entweder in periodischen Abständen mehrere Temperaturverteilungen aufgenommen werden oder aber in periodischen Abständen Belichtungen vorgenommen werden, zu denen jeweils eine Temperaturverteilung aufgenommen wird. Als Lichtquelle kommt dann anstelle der Blitzlichtlampen 22 und 24 z.B. ein im Pulsbetrieb betreibbarer Infrarotlaser in Be- tracht, dessen Strahl über eine geeignete Streuoptik auf den Leiterplattenrohling 10 trifft. The control and evaluation device 32 can furthermore have suitable program means by means of which the recorded temperature distributions can be subjected to a discrete Fourier analysis. In the Fourier spectrum, the changes in the temperature distributions caused by defects 18 appear even more clearly. In this case, several temperature distributions can either be recorded at periodic intervals or exposures can be carried out at periodic intervals, each of which a temperature distribution is recorded at. Instead of the flash lamps 22 and 24, an infrared laser that can be operated in pulsed mode is used as the light source. costume, the beam of which strikes the printed circuit board blank 10 via suitable scattering optics.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Detektion von oberflächennahen Defekten (18) in Leiterplattenrohlingen (10), die in einer Zwischenschicht (14) unterhalb einer den Leiterplattenrohling (10) zu einer Bestückungsseite (28) hin abschließenden Deckschicht (16) auftreten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:Method for the detection of defects (18) near the surface in printed circuit board blanks (10) which occur in an intermediate layer (14) below a cover layer (16) which closes the printed circuit board blank (10) towards an assembly side (28), characterized by the following steps:
a) Erzeugen eines vorzugsweise senkrecht zur Zwischenschicht (14) ausgerichteten Temperaturgradienten in wenigstens einem oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht (14);a) generating a temperature gradient, preferably perpendicular to the intermediate layer (14), in at least a region of the intermediate layer (14) near the surface;
b) Erfassen der Temperaturverteilung in der Deckschicht (16).b) detecting the temperature distribution in the cover layer (16).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines Temperaturgradienten in dem wenigstens einen oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht (14) die Deckschicht (16) durch Bestrahlung mit Licht, vorzugsweise Infrarotlicht, erwärmt wird.A method according to claim 1, characterized in that to generate a temperature gradient in the at least one region of the intermediate layer (14) near the surface, the cover layer (16) is heated by irradiation with light, preferably infrared light.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle für die Bestrahlung der Deckschicht eine Blitzlichtlampe (22, 24) verwendet wird. Method according to Claim 2, characterized in that a flash lamp (22, 24) is used as the light source for irradiating the cover layer.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle mehrere Blitzlichtlampen, insbesondere Halogenröhren (22, 24), verwendet werden.4. The method according to claim 3, characterized in that a plurality of flash lamps, in particular halogen tubes (22, 24), are used as the light source.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverteilung in der Deckschicht (16) von einer Infrarotkamera (30) erfaßt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature distribution in the cover layer (16) is detected by an infrared camera (30).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverteilung in der Deckschicht (16) zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten ( tι r t2, t3, tv) erfaßt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature distribution in the cover layer (16) at least two different times (t ι r t 2 , t 3 , t v ) is detected.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverteilung in der Deckschicht (16) auch vor Erzeugen des Temperaturgradienten nach Schritt a) erfaßt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the temperature distribution in the cover layer (16) is also detected before generating the temperature gradient after step a).
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverteilung in der Deckschicht (16) zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten ( tι r t2, t3) nach Erzeugen des Temperaturgradienten erfaßt wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the temperature distribution in the cover layer (16) at least two different times (t ι r t 2 , t 3 ) is detected after generating the temperature gradient.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverteilung in der Deckschicht (16) nach Erzeugen des Temperaturgradienten periodisch erfaßt und durch Fourier-Analyse ausgewertet wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the temperature distribution in the cover layer (16) after generating the temperature gradient periodically detected and evaluated by Fourier analysis.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus Temperaturverteilungen, die zu un- terschiedlichen Zeiten erfaßt worden sind, Differenzverteilungen gebildet werden.10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that from temperature distributions to un- different times have been recorded, differential distributions are formed.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung von Differenzverteilungen auch wenigstens eine Temperaturverteilung, die bei einem anderen Leiter- plattenro ling (10) erfaßt wurde, berücksichtigt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that at least one temperature distribution, which was detected in another printed circuit board ling (10), is taken into account for determining differential distributions.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgradient in dem wenigstens einen oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht (14) periodisch erzeugt und die Temperaturverteilung in der Deckschicht (16) jeweils mit gleichem zeitlichen Versatz zur Erzeugung erfaßt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature gradient in the at least one near-surface region of the intermediate layer (14) periodically generated and the temperature distribution in the cover layer (16) is recorded with the same time offset for generation.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (14) aus Nickel und die Deckschicht (16) aus Gold besteht.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the intermediate layer (14) consists of nickel and the cover layer (16) consists of gold.
14. Vorrichtung zur Detektion von oberflächennahen Defekten (18) in Leiterplattenrohlingen (10), die in einer Zwischenschicht (14) unterhalb einer den Leiterplattenrohling (10) zu einer Bestückungsseite (28) hin abschließenden Deckschicht (16) auftreten, gekennzeichnet durch:14.Device for the detection of near-surface defects (18) in circuit board blanks (10) which occur in an intermediate layer (14) below a cover layer (16) which closes the circuit board blank (10) towards an assembly side (28), characterized by:
a) ein Heiz- oder Kühlmittel (22, 24) zum Erzeugen eines vorzugsweise senkrecht zur Zwischenschicht (14) ausgerichteten Temperaturgradienten in wenigstens einem oberflächennahen Bereich der Zwischenschicht; b) einen Temperaturmesser (30) zum Erfassen der Temperaturverteilung in der Deckschicht (16).a) a heating or cooling means (22, 24) for generating a temperature gradient, preferably perpendicular to the intermediate layer (14), in at least one region of the intermediate layer near the surface; b) a temperature meter (30) for detecting the temperature distribution in the cover layer (16).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmittel eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Infrarotlichtquelle (22, 24) ist.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the heating means is a light source, preferably an infrared light source (22, 24).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Blitzlichtlampe (22, 24) ist.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the light source is a flash lamp (22, 24).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle mehrere Blitzlichtlampen (22, 24), insbesondere Halogenröhren, aufweist.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the light source has a plurality of flash lamps (22, 24), in particular halogen tubes.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturmesser eine Infrarotkamera (30) ist.18. Device according to one of claims 14 to 17, characterized in that the temperature meter is an infrared camera (30).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotkamera (30) mehrere Bilder pro Sekunde aufnehmen kann.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the infrared camera (30) can take several images per second.
20 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (32) zur Auswertung der von dem Temperaturmesser (30) ermittelten Temperaturverteilungen .20 Device according to one of claims 14 to 19, characterized by an evaluation device (32) for evaluating the temperature distributions determined by the temperature meter (30).
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (32) einen Vergleicher aufweist, in dem unterschiedliche Temperaturverteilungen durch Differenzbildung miteinander vergleichbar sind. 21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the evaluation device (32) has a comparator in which different temperature distributions are comparable to one another by forming a difference.
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