專利名稱：采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，屬于印刷電路板的焊點虛焊檢測技術領域。
背景技術：
焊點虛焊是印刷電路板PCB生產過程中的常見問題，由于產生焊點虛焊的因素十分復雜，無法做到在生產工藝上將其完全去除，因此，對虛焊焊點的檢測至關重要。目前主要采用的虛焊焊點的檢測方式有自動光學檢測(AOI)、自動X射線檢測(AXI)和飛針測試。自動光學檢測(AOI)法通過CXD照相機抓取電路板元件表面的貼裝圖像，然后經過軟件進行圖像處理，將待測焊點的參數與數據庫中已知合格的參數進行比較，從而判斷該焊點有無缺陷。這種方法的程序設計繁瑣，編程調試時間長，誤判、漏判率高。自動X射線檢測(AXI)法使用的自動X射線檢測儀有兩種一種是直射式X射線檢測儀，另一種是斷層剖面X射線檢測儀，直射式X射線檢測儀的價格低廉，但無法進行焊料不足、氣孔及虛焊等缺陷的檢測；斷層剖面X射線檢測儀通過在同一焊點的不同處取“水平切片”，然后對這些“切片”進行處理，最后得到該焊點的三維檢測結果。這種檢測儀適合檢測開路、焊料不足、氣孔、移位等缺陷，但是它的價格昂貴，操作復雜，效率低，并且對裂紋及冷焊缺陷無法檢測。飛針測試是利用PCB的電原理圖來檢測，它通過測試電路板上的每個電子元件， 來找出電子元件的次品、誤貼裝、極性錯誤、焊點短路、未連接、虛焊等，這種測試方法適合大批量檢測，測試所使用的裝置價格昂貴，操作復雜，并且只能檢測徹底斷路的虛焊焊點。電路板上的焊點的缺陷種類很多，常見的SMT焊點缺陷有錯焊、漏焊、虛焊、冷焊、橋梁、脫焊、焊點剝離、不潤濕焊點、錫球、拉尖、孔洞、焊料爬越、過熱焊點、不飽和焊點、 過量焊點、助焊劑剩余、裂紋和焊角剝離等。上述的檢測技術不能實現(xiàn)對所有類型的焊點缺陷進行檢測，例如一些冷焊、局部潤濕不良、油污氧化等焊點，其外觀正常，又有電氣連接，對這類焊點缺陷的檢測成為世界性難題。目前自動光學檢測機和自動射線檢測機主要應用于大批量的民品生產線上，以減輕工人勞動強度，提高生產效率。基于其工作原理和現(xiàn)有技術，在航空航天及軍工等對產品可靠性有極高要求的領域，現(xiàn)有檢測系統(tǒng)均無法滿足檢測要求，因此迫切需要一種能對焊點虛焊作出可靠性檢測的技術和儀器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有檢測技術對外觀正常，又有電氣連接的虛焊焊點無法識別的問題，提供一種采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)包括系統(tǒng)平臺、XY旋轉載物臺、載物臺驅動控制器、紅外激光器、激光器控制器、光學顯微攝像機、紅外熱像儀和計算機，XY旋轉載物臺設置在系統(tǒng)平臺上，光學顯微攝像機和紅外熱像儀位于XY旋轉載物臺的正上方，紅外激光器位于XY 旋轉載物臺的側上方，光學顯微攝像機、紅外熱像儀和紅外激光器均固定于系統(tǒng)平臺的支架上，載物臺驅動控制器的位移信號輸出端連接XY旋轉載物臺的位移信號輸入端，紅外激光器的控制信號輸入端連接激光器控制器的控制信號輸出端，光學顯微攝像機的圖像信號輸出端連接計算機的圖像信號輸入端，紅外熱像儀的采集信號輸出端連接計算機的熱像儀信號輸入端。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明系統(tǒng)目的的實現(xiàn)，采用了熱傳導及熱阻定律。任何一種虛焊焊點，都表現(xiàn)為界面連接橫截面的面積變小，根據熱傳導及熱阻定律，其熱阻要明顯大于良好焊點?；诖?，本發(fā)明利用紅外激光器以一定功率及一定時間照射電路板的待測焊點， 瞬間加熱釬料；以紅外熱像儀同時截取焊點與該焊點引線兩處的溫升曲線，將兩曲線疊加， 即可看出該焊點與引線之間的連接情況。連接良好的焊點，其焊點與引線處的溫升曲線極為吻合，虛焊焊點熱阻較大，其兩處溫升曲線差異較大，由此即可診斷出該焊點的可靠性。本發(fā)明系統(tǒng)將光學顯微攝像機、紅外激光器和紅外熱像儀有機的組合在一起，構成一種新的電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，它的檢測結果可靠性高，對于虛焊缺陷大于 50%的焊點可100%檢出，為現(xiàn)有其它檢測系統(tǒng)所無法比擬，具有良好的發(fā)展前景。本發(fā)明采用的紅外熱像儀，集光電成像技術、計算機技術和圖像處理技術于一體， 通過接收被檢測焊點及其引線發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，并將其熱像顯示出來，從而準確判斷該焊點及其引線表面的溫度分布情況，具有準確、實時、快速等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為合格焊點的兩條溫度分布曲線的同比疊加圖；圖3為完全虛焊開路焊點的兩條溫度分布曲線的同比疊加圖；圖4為部分虛焊焊點的兩條溫度分布曲線的同比疊加圖。圖2至圖4中，曲線E為待檢測焊點的溫度分布曲線，曲線F為待檢測焊點引線處的溫度分布曲線。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式包括系統(tǒng)平臺1、XY旋轉載物臺2、載物臺驅動控制器3、紅外激光器5、 激光器控制器6、光學顯微攝像機7、紅外熱像儀8和計算機9，XY旋轉載物臺2設置在系統(tǒng)平臺1上，光學顯微攝像機7和紅外熱像儀8位于XY旋轉載物臺2的正上方，紅外激光器5 位于XY旋轉載物臺2的側上方，光學顯微攝像機7、紅外熱像儀8和紅外激光器5均固定于系統(tǒng)平臺1的支架上，載物臺驅動控制器3的位移信號輸出端連接XY旋轉載物臺2的位移信號輸入端，
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紅外激光器5的控制信號輸入端連接激光器控制器6的控制信號輸出端，光學顯微攝像機7的圖像信號輸出端連接計算機9的圖像信號輸入端，紅外熱像儀8的采集信號輸出端連接計算機9的熱像儀信號輸入端。本實施方式所述系統(tǒng)在使用時，首先將印刷電路板置于XY旋轉載物臺2的中心位置，它利用紅外激光器5輸出一個脈沖，瞬間加熱印刷電路板上一器件的釬料焊盤，然后利用紅外熱像儀8同時檢測獲得焊點和該焊點引線處的溫升曲線，根據兩曲線的吻合程度來判斷焊點的可靠性，確定是否產生虛焊。將光學顯微攝像機7和紅外熱像儀8通過系統(tǒng)平臺1的支架固定，并垂直位于XY 旋轉載物臺2的正上方，為避免紅外激光器5照射到焊點上的激光束不會反射到光學顯微攝像機7和紅外熱像儀8中，將紅外激光器5通過系統(tǒng)平臺1的支架固定于XY旋轉載物臺 2的斜上方，并傾斜一定的角度，其傾斜角度通過光學顯微攝像機7、紅外熱像儀8和紅外激光器5針對XY旋轉載物臺2的中心位置上某一點的一次調焦對準后確定，印刷電路板置于 XY旋轉載物臺2，可隨XY旋轉載物臺2的運動進行平移和旋轉，在檢測過程中，光學顯微攝像機7、紅外熱像儀8和紅外激光器5的位置一次調焦固定后，只需控制XY旋轉載物臺2運動即可完成整塊印刷電路板上所有焊點的檢測。光學顯微攝像機7和紅外熱像儀8獲取的圖像均傳輸給計算機9，并通過計算機9 的顯示器9-1顯示出來，通過光學顯微攝像機7攝取的印刷電路板圖像，可直接檢測出例如焊膏沉積、零部件到位/缺失、誤貼裝定位、極性錯誤等明顯缺陷，還可以為焊點可靠性檢測提供定位和過程監(jiān)控。
具體實施方式
二 下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一的不同之處在于，它還包括載物臺手動控制器4，載物臺手動控制器4的手動信號輸出端連接XY 旋轉載物臺2的手動信號輸入端。其它與實施方式一相同。本實施方式采用手動控制器4來控制XY旋轉載物臺2的位移，手動控制器4可與載物臺驅動控制器3配合使用，也可分別使用。手動控制器4可采用手控步進電機的驅動方式，來滿足檢測需求。
具體實施方式
三下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式與實施方式一或二的不同之處在于，載物臺驅動控制器3的控制信號輸入端連接計算機9的載物臺驅動信號輸出端；激光器控制器6的控制信號輸入端連接計算機9的激光器控制信號輸出端，計算機 9的信號處理結果通過顯示器9-1顯示。其它與實施方式一或二相同。本實施方式中采用計算機9對整個系統(tǒng)進行綜合控制，能使整體系統(tǒng)協(xié)調配合， 使定位更準確，精確度更高，并實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動化。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一的不同之處在于，所述紅外熱像儀8 的測溫范圍為-20°C至120°C，頻率為50Hz至60Hz。其它與實施方式一相同。紅外熱像儀8的顯示界面上除顯示熱像圖外，同時設定兩個測溫區(qū)，將兩個測溫區(qū)的溫升曲線相應的坐標軸重合疊加，然后根據疊加后的兩條溫升曲線進行虛焊及虛焊程度的判斷。
具體實施方式
五本實施方式與實施方式一的不同之處在于，所述紅外激光器5 的功率為2W至10W。其它與實施方式一相同。紅外激光器5的功率如果選擇過小，使被測點的溫升緩慢，則難以在缺陷處產生熱阻，使測得的焊點處與焊點引線處的溫差小，則不易區(qū)分焊點狀態(tài)；若功率選擇過大，則會對焊點和器件及印刷電路板造成損傷。在使用中可根據具體情況進行選擇。
具體實施方式
六下面結合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式與實施方式一、四或五的不同之處在于，所述紅外激光器5發(fā)射激光的持續(xù)時間t為Is彡t彡0. Is0 其它與實施方式一、四或五相同。在本實施方式中，可選擇紅外激光器5的功率為2W，定時器范圍為Ο-ls，在實施中主要根據焊點的大小來選擇0. 3s和0. 6s兩個脈沖寬度。在上述參數下，焊點處最高溫度可達到50°C至90°C。本發(fā)明所述系統(tǒng)可由計算機9利用編程軟件進行程序控制，從而實現(xiàn)檢測過程的自動化。它主要是利用紅外熱像儀8的快速響應測溫技術來進行電路板焊點虛焊的檢測。紅外熱像儀8與計算機9連接，可在顯示器9-1上顯示其獲取的熱圖像和瞬間溫升曲線；紅外激光器5可通過激光器控制器6進行控制，來設定激光功率和脈沖持續(xù)時間， 在控制XY旋轉載物臺2使焊點與激光光點重合的過程中，紅外激光器5輸出一最小功率光束，起光束起指示作用。具體工作過程如下一 將待測印刷電路板安放在XY旋轉載物臺2上；二 打開系統(tǒng)電源，確認光學顯微攝像機7和紅外熱像儀8的焦距，使其視野正常， 并確認紅外激光器5產生的激光光點位于系統(tǒng)原點，所述系統(tǒng)原點即XY旋轉載物臺2的中央，激光光點同時處于光學顯微攝像機7和紅外熱像儀8的視野中心；三利用載物臺驅動控制器3或載物臺手動控制器4控制XY旋轉載物臺2，使印刷電路板上的待檢測焊點移動到系統(tǒng)原點上；四設置紅外熱像儀8的兩個測溫區(qū)，兩個測溫區(qū)分別位于釬料焊點和焊盤引線或元器件引線處；五設定紅外激光器5的功率和脈沖時間；六啟動紅外激光器5，同時通過紅外熱像儀8獲取圖像及溫升曲線；七將兩個測溫區(qū)的兩條溫升曲線疊加，根據其吻合程度來判斷焊點是否虛焊，及虛焊程度；八重復上述過程，即可檢測下一個焊點。對兩條溫升曲線吻合程度的具體判定方法如下當兩條溫升曲線的分布趨勢相同，且兩條溫度分布曲線上的最高溫度點同步，無相位差，判定該待檢測焊點為合格焊點；否則為不合格焊點。其中不合格焊點的具體判定方法為當兩條溫度分布曲線的分布趨勢相同，待檢測焊點引線處的溫度分布曲線趨近于直線，判定該待檢測焊點為完全虛焊開路；當兩條溫度分布曲線的趨勢不同，兩條溫度分布曲線上的最高溫度點存在相位差，且待檢測焊點引線處的溫度分布曲線上的最高溫度點滯后于待檢測焊點的溫度分布曲線上的最高溫度點，判定該待檢測焊點為部分虛焊。本發(fā)明不局限于上述實施方式，還可以是上述各實施方式中所述技術特征的合理組合。
權利要求
1.一種采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括系統(tǒng)平臺(1)、XY旋轉載物臺O)、載物臺驅動控制器(3)、紅外激光器(5)、激光器控制器(6)、光學顯微攝像機(7)、紅外熱像儀(8)和計算機(9)，XY旋轉載物臺(2)設置在系統(tǒng)平臺(1)上，光學顯微攝像機(7)和紅外熱像儀(8)位于XY旋轉載物臺( 的正上方，紅外激光器 (5)位于XY旋轉載物臺( 的側上方，光學顯微攝像機(7)、紅外熱像儀(8)和紅外激光器 (5)均固定于系統(tǒng)平臺(1)的支架上，載物臺驅動控制器C3)的位移信號輸出端連接XY旋轉載物臺( 的位移信號輸入端，紅外激光器(5)的控制信號輸入端連接激光器控制器(6)的控制信號輸出端，光學顯微攝像機(7)的圖像信號輸出端連接計算機(9)的圖像信號輸入端，紅外熱像儀(8)的采集信號輸出端連接計算機(9)的熱像儀信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，其特征在于它還包括載物臺手動控制器G)，載物臺手動控制器的手動信號輸出端連接XY旋轉載物臺(2)的手動信號輸入端。
3.根據權利要求1或2所述的采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，其特征在于載物臺驅動控制器( 的控制信號輸入端連接計算機(9)的載物臺驅動信號輸出端；激光器控制器(6)的控制信號輸入端連接計算機(9)的激光器控制信號輸出端，計算機(9)的信號處理結果通過顯示器(9-1)顯示。
4.根據權利要求1所述的采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述紅外熱像儀(8)的測溫范圍為-20°C至120°C，頻率為50Hz至60Hz。
5.根據權利要求1所述的采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述紅外激光器(5)的功率為2W至10W。
6.根據權利要求1、4或5所述的采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述紅外激光器(5)發(fā)射激光的持續(xù)時間t為1s > t > 0. Is。
全文摘要
采用紅外多點測溫熱阻法檢測電路板焊點可靠性的檢測系統(tǒng)，屬于印刷電路板的焊點虛焊檢測技術領域。它解決了現(xiàn)有檢測技術對外觀正常，又有電氣連接的虛焊焊點無法識別的問題。它將XY旋轉載物臺設置在系統(tǒng)平臺上，光學顯微攝像機和紅外熱像儀位于XY旋轉載物臺的正上方，紅外激光器位于XY旋轉載物臺的側上方，載物臺驅動控制器的位移信號輸出端連接XY旋轉載物臺的位移信號輸入端，紅外激光器的控制信號輸入端連接激光器控制器的控制信號輸出端，光學顯微攝像機的圖像信號輸出端連接計算機的圖像信號輸入端，紅外熱像儀的采集信號輸出端連接計算機的熱像儀信號輸入端。本發(fā)明用于電路板焊點可靠性的檢測。
文檔編號G01N25/18GK102183542SQ201110033879
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權日2011年1月31日
發(fā)明者劉威, 孔令超, 安榮 , 王春青, 田艷紅 申請人:哈爾濱工業(yè)大學