CN1264169A - 用于检测集成电路封装引脚焊接的装置和方法 - Google Patents

Abstract

检测通过焊接将IC封装引脚连接印刷电路板的导电焊盘的连接状态的装置,是由图象输入装置提供的图象处理步骤检测的。该装置包括安装有垂直于PCB的图象光轴的第一图象输入装置,设置为使第一图象输入装置的主入射光轴形成一中心轴线的环行照明光源,至少一个第二图象输入装置,其设置为具有相对第一图象输入装置的图象光轴倾斜一预定角度的图象光轴,及一图象处理器,用于将第一和第二图象输入装置输入的图象信号处理成图象数据。

Description

用于检测集成电路封装引脚焊接的装置和方法

本发明涉及到用于检测安装在印刷电路板(PCB)上的IC(集成电路)封装引脚焊接状态的一种装置和一种方法。

通常，一个小的电子芯片如半导体芯片或电阻芯片都是通过焊接安装以便电连接到一个PCB的电路图案层。

例如，如图1中所示，在一种扁平封装的IC 10中，如一种四方扁平封装(QFP)中，多个导电引脚12从矩形模压树脂11的四边突出。这些引脚12通过焊接部分s连接到PCB 100的导电焊盘110，如图2中所示。

一般来讲，当扁平封装IC 10安装在PCB 100上时，如果引脚的排列状态如其位置、方向、间隔和高度不满足特定的条件，那么引脚12抬起并且不能接触到PCB 100的导电焊盘110，如图2中所示，以致于不能正常的焊接，而导致一个有缺陷的电连接。

因此，在安装扁平封装IC的实际过程中，必须提供一种检测PCB 100的导电焊盘110与引脚12的焊接状态的步骤。

图3A到5C显示一种常规的用于检测连接IC封装引脚状态的方法和装置。参照这些附图，安装一台CCD照相机301，使其具有主入射光轴垂直于IC 10的引线与PCB 100的导电焊盘110连接的焊接部分s。环形上下光源302与303顺序地排列以便与照相机301主入射光轴有一条公共光轴。在这种情况下，通过交替地照亮焊接部分s，如IC引脚抬起的变形状态可以通过监视器304上显示图象的亮度和暗度来检测。

根据上述常规检测引脚的方法，在下光源303关掉的情况下，上光源302照在焊接部分s周围。在这种照明环境下，焊接部分s周围和上面的图象是通过照相机301获得的。当获得图象的亮度和暗度变换到二进制数据时，一个平面与/或类似于一个平面的一个表面表现明亮，如图3B所示。这里，IC封装10的每个引脚12末端的上端表面，焊接部分s上表面的下端部分，和焊盘110都表现明亮。

接下来，在上光源302关掉的情况下，下光源303的光线照射在焊接部分s以便获得一个新的图象。获得图象的亮度和暗度变换到二进制数据以致于显示出焊接部分s的倾斜部分，如图3C所示。

如图3A和3B所示，对应于上述变换到二进制数据的图象设置一个检测区域a。在该检测区域a中一个薄片区域的大小与一个允许区域预定的参考值比较，以致于引脚12与焊盘110之间的连接状态可以确定。

然而当引脚12抬起时，如图4A所示，在焊接部分s形成在引脚12的下表面的情况下，该引脚12一般安置在焊接部分s上。在这种情况下，焊接部分s的平面部分更多暴露出。因此，在通过交替地发射上和下光源302与303的照明光而获得的每个图象信息中，如图4B和4C所示，检测区域中薄片量变得比容限值大，以致于检测的结果被处理为一个抬起的缺陷。

然而，根据引脚之间的间距或者由于焊接期间加到引脚彼此之间的吸引力而导致的引脚宽度，可能存在各种类型的引脚抬起。例如，当焊接部分s形成在引脚12下的情况下，引脚12连接于焊接部分s的上面时，如图5A所示，从照相机301获得的图象信息显示与一个正常的焊接没有任何不同，如图5B和5C中所示，用来确定引脚抬起缺陷的检测可靠性降低。

图6A到6D是一些显示利用三角测量方法检测IC封装引脚焊接状态的另一种常规方法和装置的视图。参考这些附图，在常规引脚的检测方法和装置中，从激光发射光源301发射的激光光束，利用一个安装在激光发射源301附近可旋转的旋转反射镜302，以一个带状形式变形为一条裂缝形状。该激光光束投射在引脚12的端部。从CCD摄象机304获得的激光光束照射的那部分的图象信息经过一个全反射镜303。当这个图象被变换到二进制数据时，断开的线被显示出来，如图6B所示。在此，表示线之间的距离d标志引脚12的高度。当利用三角测量方法获得在每一条线的每个象素点的高度数据时，就可以获得高度数据，如图6C所示。还有，通过改变转动反光镜302的姿态并且投射一条裂缝形状的光束到焊接部分s上，可以得到焊接部分s的每部分的高度数据，如图6D所示。

因此，通过比较上述得到的高度数据和一个参考数据，能够检测到如引脚的抬起的变形状态。参考编号305表示用于移动激光发射源301、转动反射镜302和照相机304到X-Y坐标上的任意位置的一个位置确定装置，以便检测对应IC封装四边的引脚。例如，安装一个X-Y机器人用作位置确定装置。对应沿着IC封装四边安排的引脚，激光发射源301，转动反射镜302，全反射镜303和照相机304都可以由位置确定装置每次转动90°。

尽管上述常规检测方法具有较好的精度，但是这种仪器的缺点是价格昂贵。还有，因为狭缝状激光光束的高度受限制，根据引线的数目或间距产生一个引线的高度信息误差，因此可靠性就降低了。再者，因为使用高亮度的激光光束，普通IC封装焊接与利用一台照相机和LED照明的检测是不能够并行。因此，必须提供一个附加的专用装置，所以该装置的全部结构就变的复杂了并且用于检测的时间加长了。还有，由于焊接部分对应于反射镜的表面，当一个激光光束发射时，根据焊接部分表面倾斜的角度就产生一个可选择的反射。因此这难以获得对应所有带状区域的3维信息。

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于检测一个IC封装引脚焊接的方法和装置，通过该方法和装置连接缺陷的检测精度，例如通过焊接连接到PCB焊盘的IC封装引脚抬起的缺陷的检测的精度被提高。

此外为了达到上述目的，在此提供了用于检测通过焊接连接到PCB导电焊盘的IC封装引脚的连接状态的一种方法，其是通过用一个图象输入装置进行图象处理步骤来检测的，其是通过发射照明光到PCB导电焊盘与IC封装引脚电连接的焊接部分来实现的，通过安装具有与PCB垂直的图象轴的第一图象输入装置获得在焊接部分上的第一图象信息，通过安装具有相对图象光轴倾斜一个预定角度的光轴的第二图象输入装置获得在焊接部分上的第二图象信息，以及根据第一和第二图象信息计算引脚图象位置不一致数值，并且将该计算的不一致数值与一个预置参考值比较，然后检测PCB的导电焊盘与IC封装引脚之间的连接焊接情况是好还是坏。

在本发明中较好的是，第二图象信息是通过四个照相机中的一个获得，这四个照相机对应于沿着IC封装每个边排列的引脚，以相等间隔放射状地安装在第一图象输入装置周围，并且它们有对应于第一图象输入装置的图象光轴而形成25°-30°角的图象光轴。

还有，为了获得上述目的的另一方面，在此提供一种用于检测通过焊接连接IC封装引脚到一个PCB的导电焊盘的连接状态的装置，该检测是通过图象输入装置进行图象处理步骤，其中这个装置包括：一个安装为具有与PCB垂直的图象光轴的第一图象输入装置；一个环行照明光源，其被设置为致使第一图象输入装置的主入射光轴形成一个中心轴线；至少一个第二图象输入装置，其被设置为具有相对第一图象输入装置的图象光轴倾斜一个预定角度的图象光轴，以及一个图象处理器，其用于将由第一和第二图象输入装置输入的图象信息处理成图象数据。

本发明较好的是，作为第二图象输入装置，四个照相机相对第一图象输入装置以相等间隔放射状地安装，以对应于沿着IC封装四边的每个边排列的引脚，第一图象输入装置的图象轴与第二图象输入装置的图象轴被安装为它们之间为25°-30°角，第一图象输入装置的图象轴与第二图象输入装置的图象轴被安装为使它们在PCB的导电焊盘与IC封装引脚连接的焊接部分周围的一点上具有焦点，照明光源包括一个光发射器件。

本发明的上述目的和优点通过参照下列附图详细地描述实施例将变得更清楚：

图1是一个显示扁平封装类型IC的透视图；

图2是一个用来描绘在一个PCB上安装扁平封装类型IC的截面视图；

图3A到图5C是用来描绘用于检测IC封装引脚焊接的常规方法和装置的一个例子的视图；

图6A到图6D是用来描绘用于检测IC封装引脚焊接的常规方法和装置的另一个例子的视图；

图7是一个显示根据本发明的用于检测IC封装引脚焊接的装置的视图；

图8A到图11C是用于描绘根据本发明的用于检测IC封装引脚焊接的一种方法的视图；

图12A到图15C是描绘通过引脚焊接部分的图象信息获得焊接质量检测结果的一些步骤的视图；

图16A和16B是在根据本发明检测IC封装引脚焊接的方法中，描绘相对于PCB的引脚高度的测量原理的一些视图；

图17A和17B是在根据本发明的检测IC封装引脚焊接的方法中，描绘相对于引脚的引线端位置确定方法的视图；以及

图18是一个描绘根据本发明的检测IC封装引脚焊接的方法的流程图。

参考图7，根据本发明的用于检测一个IC封装引脚焊接状态的装置包括：一个具有近似地垂直于PCB 100的图象光轴511的第一CCD照相机510，一个安装在第一照相机510周围的环形照明光源520，多个第二CCD照相机530，一个图象处理器540，以及一个用于输出图象信息数据的计算机550。

第一照相机510被安装为以便具有近似垂直于PCB 100的图象光轴511，以及环形照明光源520被安装为以致于第一照相机510的图象光轴511能够形成一个中心轴。第二照相机530被倾斜安装，因此其图象光轴能够相对第一照相机510的图象光轴511在25°-30°角度之间倾斜。在这些图中，四个第二照相机对应于沿IC封装四边排列的引脚12以相等的间隔放射形地布置在第一照相机的周围。图象处理器540处理由第一照相机510和第二照相机530输入的图象信息到图象数据。计算机550输出这个由图象处理器540处理的图象信息数据。

根据本发明，第一照相机5 10和第二照相机530被安装为致使在PCB100导电焊盘110与IC封装引脚12连接处的焊接部分s周围的任何点上有焦点。因此，在检测期间，IC封装引脚能够顺序地一个接一个移动经受检测以致于引脚可以布置在第一和第二照相机510和530的焦距上，即，通过一个驱动源如步进马达按一个预定间距移动。

还有，在照明光源520中，照明光的亮度是由一个照明控制装置521根据IC封装引脚的间距和宽度来控制的。更可取的是，照明光源520包括一个光发射器件(LED)。

根据本发明的使用上述的根据本发明的用于检测IC封装引脚焊接的装置检测IC封装引脚焊接的一种方法描述如下。

图18是一个描绘根据本发明的检测IC封装引脚焊接的方法的流程图。参考该流程图，照明光源520开启投射照明光在IC封装引脚12与PCB 100的导电焊盘110连接处的焊接部分s上和周围(步骤1)。在此，光被垂直地投射在引脚12的上表面，投射在焊接部分(焊接球)s和PCB 100的导电焊盘110上，并且从这里反射。随后，对应于扁平类型IC封装要检测的一边的四个第二照相机530之一被选中。

在步骤2，焊接部分s的上表而图象信息被输入到第一照相机510，同时，焊接部分s的边表面图象信息也被输入到第二照相机530。因此，获得一个亮度和暗度的图象并且存储在图象处理器540中。

当引脚12和PCB 100的导电焊盘110分别形成为一个扁平表面时，输入到照相机的图象信息获得足够好的相对亮度。相反，当焊接部分s有一个带预定倾斜角度的反射表面时，输入到照相机的图象信息显示出暗淡。

因此，当引脚正常地焊接时，如图8A所示，输入到第一和第二照相机510和530的引脚图象12′和焊盘图象110′被显示出，分别如图8B和8C所示。这里，图象对应于引脚端部位置不一致的数值变成“0”。

尽管引脚12较长，当引脚12正常地焊接并且不存在抬起量时，如图9A所示，输入到第一和第二照相机510和530的引脚图象12′和焊盘图象110′也被显示出，分别如图9B和9C所示。所以在这种情况下，图象对应于引脚端部位置不一致的数值还保持在“0”。

然而，如图10A或11A所示，当引脚12从焊接部分s抬起时，输入到第一和第二照相机510和530的引脚图象12′和焊盘图象110′被显示出，分别如图10B和10C以及图11B和11C所示。所以在这些情况下，不管焊接部分s的形状，图象对应于引脚端部位置不一致的数值D1和D2产生。

在步骤3，如图12A和12B所示，经过上述过程，输入到第一和第二照相机510和530的对应于引脚，焊盘和焊接部分的图象的亮度和暗度被变换到黑与白点的二进制数据。因此，得到一个二进制的图象并且设置一个检测区域a。在这个二进制图象中，如附图所示，引脚图象12′和焊盘图象110′显示是亮的，然而由于图象噪声引脚图象12′的引线端部没有清楚地显示。

在步骤4，当检查区域a中白点的数量被投影到一个水平轴X时，得到图13A中所显示的数据而且获得的数据首先被微分以得到图13B中所示的数据。在此，通过假设具有最大绝对值的位置是引脚的引线端来确定一个近似的位置。对于由第二照相机530获得的图象，相对于引脚的引线端的近似位置被确定。

在步骤5，在近似地获得引脚的引线端位置，从亮度和暗度的图象中获得一个相对于引脚的引线端的精确边缘位置。即如图14A和14B所示，在引脚图象12′的引线端上设置一个窗口w。接下来，在窗口中垂直柱的亮度投影到水平轴X1以获得图15A中显示的数据。通过执行上述数据的高斯滤波获得滤出噪声的数据，如图15B所示。

在步骤6，通过微分滤出噪声的数据而获得的数据(图15C)与一个给定的阀值相比较。如果该数据小于或等于阀值，数据的值保持是“0”。否则保持现存的值。如图15D所示，对应于山形状根据质量中心最大值的位置被确定，如图15D所示，并且这个位置被确定为一个对应引脚的引线端精确的位置。根据本发明，因为引脚的引线端的边缘位置可以在一个象素点内确定为一个十进制点，所以精度有所改进。

在步骤7和8，通过由第一和第二照相机510和530获得的两个图象得到的引脚引线端的位置之间的差别(位置的不一致)被获得。如果该允许的阀值大于位置的不一致值，引脚的焊接状态被确定为正常。如果该允许阀值小于或等于该位置的不一致值，引脚的焊接状态被确定为一个引脚抬起缺陷。

图16A和16B是，根据从第一和第二照相机510和530得到的两个图象获得的引脚引线端位置不一致，描绘测量引脚高度的原理。当引脚引线端布置在点P时，在第一和第二照相机510和530的照片平面上相应的点与它们的位置P_c和P_s没有不同。当引脚被垂直地移动到点Q时，第一和第二照相机510和530的照片平面上的位置P_c和P_s是近似的。

然而，当引脚在点R抬起时，第一和第二照相机510和530的照片平面上的位置R_c和R_s大大地分开，即，位置的不一致就产生了。因为这个位置不一致量与引脚高度H有一个预定函数关系，相对PCB的引脚实际高度可以通过测量从第一和第二照相机510和530获得的图象平面上的位置不一致值来获得。

图17A和17B是用于描绘对应于本发明中引脚引线端的位置确定方法的视图。假设第一和第二照相机510和530的镜头中心分别是O_c和O_s，并且当一个假象的圆周通过第一和第二照相机510和530交叉的光轴的P点时，由于圆周的的集合特性，位于圆周周围的所有点的位置不一致都变成“0”。在此，因为点P水平地向右移动，所以位置的不一致值在Q点变成最大并且逐渐地减小而且在点P′再一次变成“0”。

因此，当引脚抬起并且引脚的引线边缘位于点T时，因为圆弧角度∠O_cQO_s＝θ2就变得大于在点P的圆弧角度∠O_cPO_s＝θ1，所以图象的位置不一致就产生了。

然而，因为根据圆周的几何特性θ1＜θ3＜θ2，当将经受检测的引脚的引线端在圆周中心的点R周围时，位置不一致最大化以致于相对PCB的引脚高度能够更精确地测量。

如上所述，在根据本发明用于检测IC封装的引脚焊接方法和装置中，亮度和暗度的图象是从一个具有垂直光轴的第一照相机和布置在其边上并且具有相对第一照相机的光轴倾斜的一个光轴的第二照相机获得。然后，引脚引线端的近似位置从获得的亮度和暗度的图象利用一个普通的图象处理方法来设置。因此，由于引脚引线精确的边沿可以从原始的亮度和暗度的图象获得，所以改进了引脚焊接状态的检测精度。

Claims (9)

1.一种用于检测通过焊接连接到印刷电路板导电焊盘的IC封装引脚的连接状态的方法，它是通过用一个图象输入装置进行图象处理步骤来检测的，其中该方法包括下面的步骤：

发射照明光到印刷电路板导电焊盘与IC封装引脚电连接的焊接部分；

通过安装为具有垂直于印刷电路板的图象光轴的第一图象输入装置获得在焊接部分上的第一图象信息；

通过安装为相对图象光轴有一个预定倾斜角度的光轴的第二图象输入装置获得在焊接部分上的第二图象信息，以及

根据第一和第二图象信息计算的引脚图象位置不一致数值，并且将该计算的不一致数值与一个预置参考值比较，然后检测印刷电路板的导电焊盘与IC封装引脚之间的连接焊接情况是好还是坏。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第二图象信息是通过四个照相机中的一个获得的，这四个照相机对应于沿着IC封装每个边排列的引脚，以相等间隔放射状地安装在第一图象输入装置周围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第二图象信息是通过四个照相机中的一个获得的，这四个照相机对应于沿着IC封装每个边排列的引脚，以相等间隔放射状地安装在第一图象输入装置周围，并且它们有对应于第一图象输入装置的图象光轴而形成25°-30°角的图象光轴。

4.一种用于检测通过焊接连接IC封装引脚到一个印刷电路板的导电焊盘的连接状态的装置，该检测是由图象输入装置进行图象处理步骤，其中这个装置包括：

一个安装为具有与印刷电路板垂直的图象光轴的第一图象输入装置；

一个环行照明光源，其被设置为致使第一图象输入装置的主入射光轴形成一个中心轴线；

至少一个第二图象输入装置，其被设置为具有相对第一图象输入装置的图象光轴倾斜一个预定角度的图象光轴，以及

一个图象处理器，其用于将由第一和第二图象输入装置输入的图象信息处理成图象数据。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于作为第二图象输入装置，四个照相机相对第一图象输入装置以相等间隔放射状地安装。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于四个照相机相对第一图象输入装置以相等间隔放射状地安装，以对应于沿着IC封装四边的每个边排列的引脚。

7.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于第一图象输入装置的图象轴与第二图象输入装置的图象轴被安装为它们之间为25°-30°角。

8.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于第一图象输入装置的图象轴与第二图象输入装置的图象轴被安装为使它们在印刷电路板的导电焊盘与IC封装引脚连接的焊接部分周围的一点上具有焦点。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于照明光源包括一个光发射器件。

Images