專利名稱：一種印制電路板虛焊點的紅外檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外熱像無損檢測技術(shù)，特別是一種印制電路板虛焊焊點的紅 外熱像無損檢測方法。
背景技術(shù)：
焊點虛焊是印制電路板生產(chǎn)過程中的常見問題，產(chǎn)生焊點虛焊的因素十分 復(fù)雜，目前還無法做到從生產(chǎn)工藝上去根除，焊點的檢測目前是世界性的難題。
現(xiàn)階段，焊點的檢測方法主要有自動光學(xué)檢測、自動x射線檢測、和飛針測試。 上述三種檢測技術(shù)各有利弊、互為補(bǔ)充，但仍無法做到檢測各種類型的焊點虛 焊，如一些冷焊、局部潤濕不良、油污氧化等的焊點。
隨著需求的不斷提高，上世紀(jì)90年代后期，紅外熱像無損檢測技術(shù)由于 其自身的優(yōu)點發(fā)展起來，并隨著計算機(jī)和電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。 目前，紅外熱像無損檢測技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到了印制電路板虛焊的檢測上，如 專利申請?zhí)枮?00710030000.6，名稱為《一種芯片焊點在線和缺陷辨識裝置 及芯片封裝裝置》公開的一種芯片焊點在線檢測方法，其方法首先對整個芯片 進(jìn)行被動加熱，后采用紅外熱像儀獲取加熱后芯片表面的溫度圖，然后對所述 溫度圖分三種模式進(jìn)行處理，模式一通過關(guān)鍵點的溫度值與溫度判據(jù)(預(yù)設(shè)溫 度區(qū)間)進(jìn)行比較來判斷是否存在缺陷，模式二根據(jù)缺陷點的溫度與正常點的 溫度差值來定位缺陷點，模式三根據(jù)芯片的實際溫度值來獲取芯片的熱阻等性 能參數(shù)，上述檢測方法存在以下不足之處采用被動加熱的方式，只有虛焊比 較嚴(yán)重的點溫度變化才能有所體現(xiàn)，大部分虛焊不嚴(yán)重的點由于加載電流產(chǎn)生 的熱量不足、產(chǎn)熱不明顯或內(nèi)部產(chǎn)生的少量熱量通過熱傳導(dǎo)輻射反映到焊點外 表面造成溫度變化并不明顯，導(dǎo)致紅外熱像儀獲得的焊點表面溫度變化并不明 顯，再加上不同焊點的外觀、體積、形態(tài)的差異，因此通過實際溫度值來檢測方法存在理論和工藝上的不足。
當(dāng)然目前可以采用主動加熱的方式來替代上述#:動加熱的方式，可以<吏虛 焊點得到足夠的熱量或溫度， 一艮據(jù)熱傳導(dǎo)理論熱量在虛焊點處傳導(dǎo)時會發(fā)生相 應(yīng)的變化如反射、折射等，反映在溫度上則是溫度趨勢的變化，因此這種加載 方法的優(yōu)勢相對明顯，但不同焊點的外觀、體積、形態(tài)差異較大，因此在同樣 的熱加載條件下不同焊點處的溫度值各不相同，即便是對同一個焊點，隨著熱 加載角度的不同會引起焊點表面反射的變化，從而溫度值也不會完全相同，甚 至有較大的差異?？梢娪蓽囟戎挡町惙治龅姆椒▽崿F(xiàn)檢測與焊點外觀的無限差 異性相悖，現(xiàn)又無法排除焊點在外觀、體積、形態(tài)不確定性的影響，以及不易 對加載入射角度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，這些都造成了這種采用絕對溫度值進(jìn)行檢測方 法的局限性。
特別是在航天領(lǐng)域，由于航天器的工作條件相對比較惡劣，因此對在航天 器上搭載的各電子設(shè)備中電路板的虛焊點檢測問題提出了更高的要求，現(xiàn)有的 采用絕對值點的檢測方法顯然無法滿足這樣的高可靠性要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可靠性高、 操作簡便的印制電路板虛焊點的紅外檢測方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種印制電路板虛焊點的紅外檢測方法，步驟 如下
(1 )使用脈沖熱加載裝置對被檢測焊點進(jìn)行熱加載，同時使用紅外熱像系 統(tǒng)對熱加載過程中被檢測焊點的表面溫度進(jìn)行連續(xù)采集，得到序列熱像(2) 根據(jù)得到的序列熱像圖確定被檢測焊點上被熱加載裝置加熱的區(qū)域；
(3) 在序列熱像圖上提取被檢測焊點上被熱加載裝置加熱的區(qū)域在熱加載 前后溫度場的變化曲線(4 )在溫度場變化曲線圖上根據(jù)熱加載前后溫度曲線上升和下降過程中是 否出現(xiàn)拐點來判定焊點是否虛焊。所述步驟(4)中判定焊點是否虛焊的方法為在溫度曲線圖上如果溫度上 升和下降過程中都存在至少一個拐點，則說明焊點存在虛焊的情況，拐點前后 溫度曲線的斜率變化度越大則焊點的虛焊程度越高。
所述的脈沖熱加載裝置為點狀加載熱源，包括脈沖激光器，或高能聚光燈， 或紅外加熱裝置，或微波加熱裝置。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
(1 )本發(fā)明方法以紅外熱傳播理論為依據(jù)，利用脈沖熱能量加載焊點處時 熱量在焊點內(nèi)進(jìn)行熱傳導(dǎo)、反射以及表面輻射、對流等原理，通過判斷焊點表 面溫度曲線是否存在溫度變化趨勢的改變即拐點，來實現(xiàn)對印制板虛焊焊點的 檢測，可以有效避免因溫度值隨焊點本身各個物理狀態(tài)以及加載條件不同造成 的差異，不再利用絕對溫度值來進(jìn)行虛焊點的檢測，只需根據(jù)溫度曲線的趨勢 變化即可完成判斷，大大了提高了4企測的可靠性，特別是^象航天等對可靠性要 求特別高的領(lǐng)域，更顯示出了本發(fā)明方法的優(yōu)勢，其操作簡便，可以極大的提 高檢測的可靠性，防止航天器在軌運(yùn)行時由于虛焊點的存在而造成無法估量的 損失，當(dāng)然，本發(fā)明也可應(yīng)用民品中涉及的電路板虛焊點檢測問題，因此本發(fā) 明方法還具有通用性強(qiáng)的優(yōu)點；
(2 )由于拐點前后溫度曲線斜率的變化即溫度的趨勢變化程度直接反映了 焊點的焊接質(zhì)量或虛焊程度，因此本發(fā)明方法僅通過在溫度曲線上升和下降過 程中尋找拐點即可完成對虛焊點的檢測，操作簡便，而且使檢測的精度得到有 效提高；
(3)本發(fā)明方法釆用點狀加載熱源如脈沖激光器、高能聚光燈等熱加載裝 置對焊點進(jìn)行加載，這種加載方法簡單、有效，既能防止虛焊點由于熱量不足 引起的溫度變化不明顯，又能使局部溫度明顯升高形成溫度差而產(chǎn)生熱傳導(dǎo)， 這樣虛焊焊點處由于熱傳導(dǎo)的作用溫度變化趨勢相對明顯，從而更加有利虛焊 焊點的檢測，間接的提高了可靠性。


圖1為本發(fā)明檢測方法的流程框圖； 圖2為本發(fā)明才企測方法的原理圖； 圖3為本發(fā)明實施例中焊點質(zhì)量完好的溫度曲線示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例中焊點質(zhì)量20%虛焊的溫度曲線示意圖； 圖5為本發(fā)明實施例中焊點質(zhì)量50%虛焊的溫度曲線示意圖； 圖6為本發(fā)明實施例中焊點質(zhì)量80%虛焊的溫度曲線示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
如圖1所示，為本發(fā)明檢測方法的方案流程框圖，主要包括六個步驟。首 先，要正確連接紅外熱像儀和計算機(jī)設(shè)備，詳見圖2;其次打開熱象儀并調(diào)節(jié) 其參數(shù)，如焦距、發(fā)射率、采樣頻率、與檢測試件的距離等，其中熱像儀的采 集頻率根據(jù)溫度的變化速率來確定；再次，要正確連接脈沖加載設(shè)備，調(diào)整其 功率、入射角度、離檢測試件距離參數(shù)，詳見圖2;接著，對檢測試件進(jìn)行脈 沖加載，同時通過計算機(jī)采集序列熱像圖并存儲在硬件設(shè)備上；然后，需要在 采集的序列熱像圖中選取所加載區(qū)域并提取該區(qū)域的溫度曲線圖，區(qū)域選取得 方法是在焊點上即能夠包含脈沖點狀熱源如激光器加熱的區(qū)域，又不能超出焊 點的范圍；最后，就是對得到的溫度曲線圖進(jìn)行分析，在溫度場變化曲線上根 據(jù)加載前后溫度曲線上升和下降過程中是否出現(xiàn)拐點來判定焊點是否虛焊。若 在溫度曲線圖上如果溫度上升和下降過程中都存在至少一個拐點，則說明焊點 存在虛焊的情況，拐點前后溫度曲線的斜率變化度越大則焊點的虛悍程度越高。
圖2為本發(fā)明印制板虛點焊點紅外檢測方法的原理框圖。圖中1為印制板 焊點，2為脈沖熱加載裝置(激光器)，3為紅外熱像系統(tǒng)(紅外熱像儀)，4為 計算機(jī)。在具體操作時，按照上述原理框圖進(jìn)行硬件連接即可完成虛焊點的檢 測。
下面結(jié)合實例來說明印制板焊點紅外檢測方法的檢測過程。
實例中采用的印制板焊點表面溫度場施加的熱加載方式是脈沖激光加載的方法。參照圖2,激光器對印制板焊點加載脈沖熱能量，對^皮4僉測點的加熱量 根據(jù)焊點的物理外形即外觀、體積、形態(tài)和脈沖加載裝置的功率共同決定，焊
點在此脈沖熱能的作用下溫度升高，從而形成與焊點內(nèi)部溫度場的差值；根據(jù) 熱傳導(dǎo)、反射等理論，熱在印制板焊點內(nèi)外傳動逐步達(dá)到新的平衡，在熱傳導(dǎo) 期間，內(nèi)部熱流動在焊點表面有一定形式的表征，在加載前后對印制板焊點表 面溫度場用紅外熱像儀進(jìn)行序列采集，并存儲在計算機(jī)或其它硬件設(shè)備上；對 加載前后焊點處的溫度場進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)提取，形成相應(yīng)的溫度場曲線圖；從溫 度場曲線圖中可以得到加栽前后溫度的分布，也就是熱傳導(dǎo)的趨勢分布圖。熱 在質(zhì)地均勻的材料內(nèi)傳導(dǎo)是均衡或平緩的，發(fā)生趨勢改變即出現(xiàn)溫度的拐點則 是材料內(nèi)出現(xiàn)的不連續(xù)變化，其中可能有空隙、裂紋、夾雜、油污等各種現(xiàn)象。 總之，這些都影響了焊接質(zhì)量，都?xì)w結(jié)為虛焊。
實施例假定在某次對印制電路板的焊點進(jìn)行檢測中，試件上焊點分別為人 工模擬的焊接良好的焊點、人工模擬的虛焊20%的焊點、人工模擬的虛焊50% 的焊點和人工模擬的虛焊80%的焊點。在本次檢測過程中使用到的加載設(shè)備為 脈沖激光器，根據(jù)焊點的物理外形其加熱功率選取0.2 ~ 5瓦，加載時間選取 20~400ms;紅外熱像系統(tǒng)選用FLIR公司的SC3000型紅外熱像儀，其采樣 頻率選取20~ 100Hz。使用上述本發(fā)明提供的方法對熱像圖進(jìn)行處理后得到其 溫度曲線分布圖，如圖3—圖6所示，圖中縱坐標(biāo)表示所選焊點區(qū)域的溫度， 橫坐標(biāo)表示紅外熱像4義序列采集的幀數(shù)。其中圖3為焊點質(zhì)量完好的溫度曲線 示意圖，圖4為焊點虛焊20%的溫度曲線示意圖，圖5為焊點虛焊50%的溫 度曲線示意圖，圖6為焊點虛焊80%的溫度曲線示意圖。從上述各種焊點虛焊 程度的溫度曲線示意圖可見，焊接良好的焊點溫度曲線(圖3所示)在加載前 后溫度上升和下降的時候溫度變化非常平緩，并沒有發(fā)生趨勢的突變；有20% 虛焊的焊點溫度曲線(圖4所示)在加載前后溫度上升和下降的時候溫度變化 節(jié)奏較為平緩，但在過程中變化趨勢發(fā)生了較小的突變，即出現(xiàn)了拐點；有50% 虛焊的焊點溫度曲線(圖5所示)在加載前后溫度上升和下降的時候溫度變化節(jié)奏較為劇烈，在過程中變化趨勢發(fā)生比較明顯的突變，即拐點越加明顯；有 80%虛焊的焊點溫度曲線(圖6所示)在加載前后溫度上升和下降的時候溫度 變化節(jié)奏則更加劇烈，在過程中變化趨勢發(fā)生的突變甚至不止一個，即可有多個 拐點存在；這些拐點都是焊點虛焊的體現(xiàn)。由此可見，乂人根據(jù)溫度曲線圖中出 現(xiàn)拐點及出現(xiàn)拐點的時機(jī)、曲線中拐點前后陡緩變化趨勢和焊接質(zhì)量或虛焊程 度緊密相關(guān)，本發(fā)明方法能對印制板焊點的焊接質(zhì)量或虛焊程度進(jìn)行準(zhǔn)確評估， 具有很好的使用前景。
目前，本發(fā)明方法已廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域，特別是力充天器上所涉及到的關(guān) 鍵集成電路器件，使用效果良好，檢測可靠性高，保證;杭天器未由于虛焊點存 在的原因發(fā)生異常。
本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種印制電路板虛焊點的紅外檢測方法，其特征在于步驟如下(1)使用脈沖熱加載裝置對被檢測焊點進(jìn)行熱加載，同時使用紅外熱像系統(tǒng)對熱加載過程中被檢測焊點的表面溫度進(jìn)行連續(xù)采集，得到序列熱像圖；(2)根據(jù)得到的序列熱像圖確定被檢測焊點上被熱加載裝置加熱的區(qū)域；(3)在序列熱像圖上提取被檢測焊點上被熱加載裝置加熱的區(qū)域在熱加載前后溫度場的變化曲線圖；(4)在溫度場變化曲線圖上根據(jù)熱加載前后溫度曲線上升和下降過程中是否出現(xiàn)拐點來判定焊點是否虛焊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種印制電路板虛焊點的紅外檢測方法，其特 征在于所述步驟(4)中判定焊點是否虛焊的方法為在溫度曲線圖上如果溫 度上升和下降過程中都存在至少一個拐點，則說明焊點存在虛焊的情況，拐點 前后溫度曲線的斜率變化度越大則焊點的虛焊程度越高。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種印制電路板虛焊點的紅外檢測方法， 其特征在于所述的脈沖熱加載裝置為點狀加載熱源，包括脈沖激光器，或高 能聚光燈，或紅外加熱裝置，或微波加熱裝置。
全文摘要
一種印制電路板虛焊點的紅外檢測方法，首先使用脈沖熱加載裝置對被檢測焊點進(jìn)行熱加載，同時使用紅外熱像系統(tǒng)對熱加載過程中被檢測焊點的表面溫度進(jìn)行連續(xù)采集，得到序列熱像圖；然后在得到的序列熱像圖，確定被檢測焊點上被熱加載裝置加熱的區(qū)域；隨后在序列熱像圖上提取被檢測焊點上被熱加載裝置加熱的區(qū)域在熱加載前后溫度場的變化曲線圖；最后在溫度場變化曲線上根據(jù)加載前后溫度曲線上升和下降過程中是否出現(xiàn)拐點來判定焊點是否虛焊。本發(fā)明方法通過在溫度曲線上升和下降過程中尋找拐點即可完成對虛焊點的檢測，操作簡便，可靠性高，通用性強(qiáng)。
文檔編號G01N25/72GK101614688SQ200910089790
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者劉戰(zhàn)捷, 周雙鋒, 孔令超, 王春青 申請人:北京衛(wèi)星制造廠;哈爾濱工業(yè)大學(xué)