一種焊接品質檢測方法
2023-06-17 23:06:51 1
專利名稱：一種焊接品質檢測方法
技術領域：
本發明是關於一種焊接品質檢測方法，特別是關於一種將插腳(Pins)、管腳(Leads)、連接器(Connector)及電子器件等焊接到電路板上以後，判斷該電子器件與電路板的焊點的焊接品質檢測方法。
背景技術：
為減少零件間的配線工作量及電性整合的目標，各類電子器件(包括集成電路(IC)、二極體、電阻器、電容器、電晶體及連接器(Connector)等主、被動器件)，在組裝或封裝完成後必須接置到大型印刷電路板(如主機板)上，才能發揮器件預期的電性功能。一般提供電子器件組接到印刷電路板上的方法很多，但是考慮到產品的普遍性以及市場導向等因素，目前仍以管腳焊接技術應用的最為廣泛。
傳統管腳焊接技術是將各電子器件上的管腳用於電性連接件，與供器件插接的印刷電路板相互焊接，使器件與電路板之間形成電性連接關係。其製法是先將電子器件的管腳端插接到印刷電路板預設的位置上；接著，在該印刷電路板表面塗布助焊劑，再以波峰焊(WaveSoldering)作業的形式，將熔融的焊錫浸布在印刷電路板表面；而後，利用高溫焊接使器件的管腳端被熔融的焊錫所包覆，在焊接完成後，一般是通過目視檢查，去除虛焊或接觸不良的產品，即可進行電性測試。
傳統器件管腳的表面在焊接前需要經過鍍錫處理，因此，管腳表面及熔融的焊錫在外觀上均呈現為銀白色，以人工目測方法檢查焊接成品時，由於器件的管腳與印刷電路板接合的部位均為銀白色，因此常常無法及早發現有問題的焊點，會使殘次品流入後續工序；再有，由於在焊接前後管腳的外觀上沒有什麼變化，因此測試人員以目測方式檢查管腳焊接狀況時，往往需要仔細觀察，會導致測試時間延長。
有鑑於此，有業內人士提出以X射線掃描儀(X-ray Scanner)取代目測方法來檢視器件的焊接品質，然而，運用X射線掃描儀檢查管腳焊接部位，一方面要增加設備，提高成本，另一方面為配合掃描時間，同樣也會延長生產時間，不利於大批量生產。因此，目前需尋求一種能配合人工操作，快速判斷電子器件焊接品質的檢測方法。
發明內容
為克服上述現有技術的不足，本發明的主要目的在於提供一種在焊接作業前後，能夠形成不同的外觀、色差的焊接部，使測試人員以目視方法，能輕易檢出焊接不良品的焊接品質檢測方法。
本發明的另一目的在於提供一種在焊接作業前後，焊接部能形成不同的外觀色差，在焊接階段就可及早淘汰不良品，避免不良品流入後段工序的焊接品質檢測方法。
本發明的再一目的在於提供一種降低成本、並且利用目測方法檢出不良品，繼而提高製成品的品質的一種可靠性的焊接品質檢測方法。
本發明提供一種焊接品質檢測方法，該檢測方法包括以下步驟將集成電路的至少一管腳焊接至印刷電路板，使焊接完成的管腳由第一色轉變成第二色，通過觀察該管腳在焊接作業前後產生的色差判斷焊接品質。
該集成電路是一管腳式半導體封裝件。管腳由金屬材料製成。該金屬材料是一選自鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金及其它金屬所組成的組群中的一種。
該管腳可以電漿沉積技術、物理沉積技術或化學沉積技術等方式，製成供電路板焊接的焊接段。該管腳上敷設有至少一金屬鍍層。該金屬鍍層是選自鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金及其它金屬所組成的組群中的一種。
該管腳上敷設有至少一染色層。該染色層是一化學染料。
該印刷電路板上塗布的熔融焊料及助焊劑的任一種內添加有呈色反應劑。
上述的第一色是選自黑色、深黑色、紅色、黃色、藍色、綠色、橘色、紫色中的任一種顏色。該第二色是一銀白色。也可以為一紫紅色。而且第二色是由目測觀看的，並且是在特定光源照射下呈現的。
基於上述及其它目的，本發明提供的測試方法可應用在任何形式的電子器件焊接到印刷電路板上後，判斷電子器件與電路板間的焊接可靠性的焊接測試方法。首先，準備至少一電子器件及一供該電子器件插接的印刷電路板；以及，焊接該電子器件至印刷電路板上，使焊接完成的電子器件的管腳部在目視或特定光線照射下，由第一色轉變成第二色。
本發明的焊接測試方法克服傳統器件管腳部，在焊接成功與否不易從外觀上察覺等問題，它是在電子器件管腳端形成一焊接段，且焊接作業前後以肉眼或特定光線照射下，可以清楚看見該焊接段由焊接前的第一色轉變成焊接後的第二色，兩種顏色之間有明顯的差異。該色差產生原因主要在於，該焊接段的材質是一具有第一色(如深黑色)的鎳合金材質，在印刷電路板上供器件管腳插接的部位上，則塗布有錫焊及助焊劑等焊接材料。當該器件的管腳部焊接成功時，該焊接段受到焊接材料的包覆，使該器件的管腳產生不同於原來第一色的第二色(如錫焊的銀白色)；如果該器件的管腳部焊接不良，導致部分焊接段外露時，該焊接不良部分依然會保持第一色，因此，測試人員在焊接作業完成後，只需檢視管腳部位的外觀色差，即能夠判斷出電子器件的焊接品質，使不良品在焊接階段便能及早檢出，不會流入後段工序造成資源的浪費。
本發明的另一實施例是以特定光線(如紫外光、雷射及其它類型的特定光源)照射焊點後，再以目視檢測。同樣地，在該器件的管腳端形成一焊接段，該焊接段在焊接作業前，以特定光線照射會產生一第一色；在焊接完成後，焊接段受到焊接材料的包覆或與其它焊接材料成分的相互作用、影響，在相同光線照射下會產生第二色。因此，通過焊接段在特定光線下產生的色差，也能夠檢測出電子器件的管腳與印刷電路板之間的焊接品質。
圖1是本發明實施例1的焊接品質檢測方法的工序示意圖；圖2A是應用於本發明焊接品質檢測方法的組件簡單示意圖；圖2B是本發明焊接品質檢測方法中，該電子器件管腳焊接段的形成示意圖；圖3A及圖3B是電子器件焊接至印刷電路板上的成品剖示圖；圖4是本發明實施例2的焊接品質檢測方法的工序示意圖；圖5A是本發明的焊接品質檢測方法應用於連接器(Connector)的示意圖的上視圖；以及圖5B是本發明的焊接品質檢測方法應用在連接器的剖面示意圖。
具體實施例方式
實施例1
本發明的焊接品質檢測方法是應用在插腳(Pins)、管腳(Leads)、封裝有半導體晶片(如LSI晶片)的集成電路(Integrated Circuit)、電阻、電容、二極體等主、被動器件，以及連接器(Connector)等電性連接到印刷電路板上後，從焊接部外觀顏色的變化即可判斷管腳端與電路板之間的焊接品質。
如圖1所示，先備妥至少一排管腳(Leads)10及一供該管腳10插接的印刷電路板2，該管腳10是單獨或以連接如電阻、電容、電晶體等電子零件的形式，焊接到印刷電路板2上，如主機板等，使該管腳10與電路板2間形成一電性耦接關係；各管腳10也得以插腳(Pins)取代的。在本實施例中，「管腳」的定義與「插腳」並不相同，所謂「管腳」是泛指各種能夠插接或運用表面貼片技術(Surface MountingTechnology，SMT)或焊料槽(Solder Bath)等方式，焊接至印刷電路板的連管腳；而「插腳」則是指專指以導線架作為半導體晶片承載基座所構成的管腳式半導體封裝件(Leaded Semiconductor Package)，如雙列直插封裝(Dual Inline Package，DIP)、四方形平面封裝件(QuadFlat Package，QFP)、小尺寸封裝(Small Outline Package，SOP)及PGA(Pins Grid Array)等外露出封裝區域的管腳部分。
由於管腳、插腳、集成電路或電阻、電容等器件均是藉由外伸的管腳10焊接到印刷電路板2上，因此，如圖1及圖2A與圖2B所示，本發明的實施例是以管腳10的端部提供電路板2焊接的部位當作焊接段10a，該焊接段10a的形成可藉由電鍍(Electroplating)、電塗(Electrocoating)、等離子焊接(Plasma Welding)或附著顏色等方式進行。
如圖2A所示，該焊接段10a是以鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦及鈦合金及其它金屬合金材料做為鍍層用的材料，待管腳10表面去除金屬氧化層並完成乾燥處理後，以蒸鍍(Evaporation)、濺鍍(Sputtering)、浸鍍(Dipping)、噴鍍(Spraying)或電塗(Electro coating)等電解方式的電鍍或非電解方式的電鍍等方法，將該鍍層用的材料附著到管腳端部的表面，使電鍍後的連管腳10端部(即該焊接段10a)在外觀上呈現一深黑色，能與管腳其它部位(鍍錫呈一銀白色)構成明顯色差。該焊接段10a的外觀色彩會隨著鍍層用的材料不同而有所差異，因此除前述的深黑色外，該焊接段10a也可產生黑色、紅色、黃色、藍色、綠色、橘色、紫色等任一種顏色，任何能夠在焊接前後產生明顯顏色對比的色彩均可適用，顏色種類並無一定限制。
另一方面，除在管腳10上鍍一層金屬材料產生外觀的色差外，本發明的實施例也可利用等離子沉積技術(Plasma Deposition)、物理沉積技術(Physical Deposition)、化學沉積技術(Chemical Deposition)等方式，在該管腳10端上形成一段外伸焊接段10a，也可使用染色(Staining)、呈色技術在管腳10的焊接段10a上附著一染色材料。這些製法均為常用的方法，在此不再重複說明。
待器件1管腳10上的焊接段10a完成後，如圖1及圖3A所示，將電子器件1的管腳10焊接至印刷電路板2預設位置上，電性連接該電子器件至印刷電路板2。該電子器件1與印刷電路板2之間能夠以常用插入組裝技術(Through Hole Mounting Technology，THT/TMT)或表面貼裝技術(Surface Mounting Technology，SMT)等方式焊接。圖3A所示的，即是運用傳統插入組裝技術(THT/TMT)將電子器件1各管腳10插入印刷電路板2上相對應的貫孔20中，在未安置電路器件1的電路板2表面浸布熔融焊料21(如銀白色的熔融焊錫)，以該熔融焊料21完整包覆住器件1管腳10的焊接段10a，至此，成功完成焊接工作，電子器件1管腳10的焊接段10a將由焊接前的深黑色變為銀白色，從外觀顏色改變即可判斷器件1管腳10的焊接品質。同樣地，如圖3B所示，當以表面貼裝技術(SMT)焊接電子器件1時，也需運用噴焊或電漿焊等常用方法，將熔融焊料21布設至電路板2預定位置上，使管腳10焊接段10a牢固焊接在印刷電路板2的表面。同理可知，器件1的焊接段10a同樣會受到熔融焊料21包覆，在焊接作業完成後改變其外觀顏色。
然而，在焊接作業中除利用熔融焊料21包覆管腳10的焊接段10a使其外觀顏色變化外，本發明的實施例也涵蓋化學的方法，在助焊劑(Flux，未圖式)或熔融焊料21內混入呈色物質(未圖式)，令管腳10的焊接段10a在回焊過程中能與該呈色物質發生作用而變色，如此，器件1的管腳10在焊接前後一樣會產生不同的外觀顏色，檢測人員只需檢視管腳10焊接段10a在焊接前後形成的色差，即能判斷電性器件的焊接品質。
實施例2圖4是顯示本發明的焊接品質檢測方法的實施例2。如圖所示，本發明實施例2的工序是與前述實施例1的步驟大致相同，其不同處在於該實施例2的管腳10′焊接段10a′及熔融焊料21′，不是非以目測方法檢視其外觀色差，而是通過紫外線或雷射等特定光源的照射，來產生不同顏色的反射光。因此，在本實施例中，未進行焊接作業前該管腳10′焊接段10a′在紫外線照射下反射出黑紫色，當焊接作業完成後，在紫外線照射下的管腳10′焊接段10a′會受到熔融焊料21′的包覆，反射出紫紅色。因此測試人員在特定光源的照射下只需檢視管腳10′焊接段10a′的外觀顏色，便能判斷出電子器件1′管腳10′是否焊接成功。
實施例3圖5A及圖5B是顯示以連接器(Connector)連接不同電子器件時，應用本發明的焊接檢測方法判斷管腳焊接品質的上視及剖面示意圖。如圖所示，該連接器3具有至少一排外接插腳30，當A、B兩電子器件(圖中僅以印刷電路板A為例)欲各藉由連接器3(Connector)相互聯接時，公連接器能夠以其外伸管腳30焊接至印刷電路板A所對應的焊墊(Solder Pads)上，而與焊接在印刷電路板B的母連接器(未圖式)對應插接；若在焊接作業前，事先在該管腳30的前端(即焊接段30a)上塗布一有機或無機化學染料，也可鍍一層金屬層，還可以在熔融焊料或助焊劑(Flux)中添加其它可與該焊接段30a產生相互作用的反應物質等，所有能使該焊接段30a在焊接作業前後展現不同外觀顏色(即在焊接作業前後產生色差)的方法，均屬於本發明的可實施範圍，可通過該色差結果判斷連接器3的焊接品質。
本發明提供的測試方法是在焊接作業前後，在電子器件管腳部上形成明顯的外觀色差，因此測試人員在判斷焊接品質時，只需通過目測或特定光源照射方法檢視管腳焊接段的顏色差異，即可判定電子器件與印刷電路板之間的焊接品質，避免不良品流入後續測試階段增加成本，並進一步提高電子器件的焊接可靠性。
權利要求
1.一種焊接品質檢測方法，其特徵在於，該檢測方法包括以下步驟將集成電路的至少一管腳焊接至印刷電路板，使焊接完成的管腳由第一色轉變成第二色，通過觀察該管腳在焊接作業前後產生的色差判斷焊接品質。
2.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該集成電路是一管腳式半導體封裝件。
3.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳由金屬材料製成。
4.如權利要求3所述的檢測方法，其特徵在於，該金屬材料是一選自鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金及其它金屬所組成的組群中的一種。
5.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳是以電漿沉積技術、物理沉積技術或化學沉積技術等方式，製成供電路板焊接的焊接段。
6.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳上敷設有至少一金屬鍍層。
7.如權利要求6所述的檢測方法，其特徵在於，該金屬鍍層是選自鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金及其它金屬所組成的組群中的一種。
8.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳上敷設有至少一染色層。
9.如權利要求8所述的檢測方法，其特徵在於，該染色層是一化學染料。
10.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該印刷電路板上塗布的熔融焊料及助焊劑的任一種內添加有呈色反應劑。
11.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該第一色是選自黑色、深黑色、紅色、黃色、藍色、綠色、橘色、紫色中的任一種顏色。
12.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該第二色是一銀白色。
13.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該第二色是一紫紅色。
14.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該第二色是由目測觀看的。
15.如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，該第二色是在特定光源照射下呈現的。
16.一種焊接品質檢測方法，其特徵在於，該檢測方法包括以下步驟將至少一管腳焊接至印刷電路板，使焊接完成的管腳由第一色轉變成第二色，使得通過觀察該管腳在焊接作業前後產生的色差判斷焊接品質。
17.如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳由一金屬材料製成。
18.如權利要求17所述的檢測方法，其特徵在於，該金屬材料是一選自鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金及其它金屬所組成的組群中的一種。
19.如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳上敷設有至少一金屬鍍層。
20.如權利要求19所述的檢測方法，其特徵在於，該金屬鍍層是選自鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金及其它金屬所組成的組群中的一種。
21.如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳上敷設有至少一染色層。
22.如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，該染色層是一化學染料。
23.如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，該印刷電路板上塗布的熔融焊料及助焊劑的任一種內添加有呈色反應劑。
24.如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，該第一色是選自黑色、深黑色、紅色、黃色、藍色、綠色、橘色、紫色中的任一種顏色。
25.如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，該第二色是一銀白色。
26.如權利要求16所述的檢測方法，其特徵在於，該第二色是一紫紅色。
27.一種焊接品質檢測方法，其特徵在於，該檢測方法包括以下步驟將至少一連接器聯接在兩電子器件之間，使一電子器件通過該連接器的外伸管腳焊接至另一電子器件後，該連接器管腳部由第一色轉變成第二色，通過觀察該管腳在焊接作業前後產生的色差判斷焊接品質。
28.如權利要求27所述的檢測方法，其特徵在於，該連接器的插腳為一金屬材料製成。
29.如權利要求28所述的檢測方法，其特徵在於，該金屬材料是一選自鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金及其它金屬所組成的組群中的一種。
30.如權利要求27所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳上敷設有至少一金屬鍍層。
31.如權利要求30所述的檢測方法，其特徵在於，該金屬鍍層是選自鎳、鎳合金、銅、銅合金、銀、銀合金、鉍、鉍合金、銠、銠合金、釕、釕合金、鋯、鋯合金、鉻、鉻合金、鈦、鈦合金及其它金屬所組成的組群中的一種。
32.如權利要求27所述的檢測方法，其特徵在於，該管腳上敷設有至少一染色層。
33.如權利要求27所述的檢測方法，其特徵在於，該染色層是一化學染料。
34.如權利要求27所述的檢測方法，其特徵在於，該印刷電路板上塗布的熔融焊料及助焊劑的任一種內添加有呈色反應劑。
35.如權利要求27所述的檢測方法，其特徵在於，該第一色是選自黑色、深黑色、黃色、紅色、藍色、綠色、橘色、紫色中的任一種顏色。
36.一種焊接品質檢測方法，其特徵在於，該檢測方法包含以下步驟將至少一電子器件焊接至印刷電路板上，使該電子器件與印刷電路板之間的焊接接合部，在焊接完成後由第一色轉變成第二色，通過觀察該焊接接合部在焊接作業前後產生的色差判斷焊接品質。
37.如權利要求36所述的檢測方法，其特徵在於，該電子元件是一如電阻、電容、電晶體、二極體等主、被動器件。
38.如權利要求36所述的檢測方法，其特徵在於，該電子元件是一半導體封裝件。
39.如權利要求36所述的檢測方法，其特徵在於，該電子元件是一印刷電路板。
40.如權利要求36所述的檢測方法，其特徵在於，該焊接接合部是一管腳。
41.如權利要求36所述的檢測方法，其特徵在於，該焊接接合部是一插腳。
42.如權利要求36所述的檢測方法，其特徵在於，該焊接接合部是一連接器。
全文摘要
一種焊接品質檢測方法，是在提供插腳、管腳、連接器及電子器件焊接至電路板時，於該連管腳端形成一焊接段，該焊接段在焊接過程中受到熔融焊料包覆而在焊接完成後產生不同於焊接前之外觀顏色，通過焊接段在焊接作業前後產生的色差，測試人員得以目測方法輕易地判別出管腳的焊接品質，以有效降低焊接不良品流入後續工序，並且進一步提升電子器件的焊接可靠性。
文檔編號G01N21/77GK1499191SQ0214679
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月8日 優先權日2002年11月8日
發明者張皇嘉 申請人:張皇嘉