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基于涡流脉冲热成像的表面贴装器件缺陷检测

薛云  
【摘要】:近年来,表面贴装元器件越来越广泛地应用到各个领域,如军事、航空航天、医疗等。随着器件封装尺寸的减小及其安装密度增大,其散热问题也变得严重。器件散热不良会导致局部过热,由此引发焊点失效,进而会导致整个电路系统的故障。由于焊点缺陷尺寸较小,其检测的难度较大,传统的检测方法或操作复杂、成本过高,或检测效率低、精度不高。为解决上述问题,本文通过将涡流脉冲热成像检测技术应用到微小结构的焊点缺陷检测中,基于表面温度分布进行缺陷识别。本文主要研究工作如下:首先基于涡流脉冲热成像检测机理对焊点检测过程进行分析,确定焊点检测过程中电、磁、热这三个物理场之间的相互作用。然后确定其加热方式、激励参数,同时对焊点检测中的影响因素进行分析并提出相应的改善措施。最后,对焊点的热传导模型进行解析求解。根据涡流脉冲热成像检测机理,对三种位置的虚焊缺陷进行重新归纳定义。确定焊点检测过程中的初始条件、边界条件和载荷状态,利用有限元分析软件进行建模分析。在模型中引入虚焊缺陷,研究缺陷对涡流场和温度场分布的扰动情况。同时根据热电类比方法重新定义热阻,根据热阻变化的情况,研究分析虚焊对经由焊点的热量传递过程的影响,进而表征焊点的热性能。同时分析不同尺寸虚焊缺陷对热阻值及表面温度分布的的影响。由此提出利用虚焊面积来表征不同程度的虚焊缺陷,为后续的实验研究提供依据。搭建涡流脉冲热成像实验系统,对虚焊缺陷进行对比分析。分别讨论不同引脚处的虚焊缺陷、不同程度的虚焊缺陷以及不同尺寸封装器件上的虚焊缺陷的影响。研究不同引脚处虚焊并进行缺陷定位,根据检测结果可以确定器件内部连接对检测结果的影响较小,故而忽略不计。并且利用主成分分析和傅里叶变换对焊点检测的热图像进行处理,基于重构后的热图像进行虚焊的辨识。利用不同的虚焊面积来表征不同程度的虚焊,对虚焊缺陷进行简单的量化分析。根据焊点检测热图像及其温度变化曲线,对比三种不同封装尺寸(SOIC型、QFP型和TSOP型)器件的虚焊检测效果。由此可知,器件引脚区域面积越大,其焊点检测效果越好。本文通过仿真分析和实验研究,表明涡流脉冲热成像技术可以有效检测翼型引脚器件的焊点缺陷。并且确定了可以利用虚焊面积来表征不同尺寸的虚焊缺陷,实现虚焊缺陷的简单量化分析,为后续焊点可靠性研究奠定基础。


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