专利名称：用于焊接检测的特征量计算设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于焊接检测的特征量计算设备，用于计算生成检测数据时使用的特征量，而这些检测数据要用在光学外观检测仪或X射线透射外观检测仪中，用于检测安装在印刷线路板上的元件的焊料。
背景技术：
光学外观检测仪或X射线透射外观检测仪对焊料的检测是通过检测将印刷线路板上的焊盘(land)和将要安装在印刷线路板上的元件联结在一起的焊料的形状来进行的，以此来检测焊料的连接状况，以确保长期可靠性。在光学外观检测仪和X射线透射外观检测仪中，获得指示三维焊料形状特征的检测图像。
在光学外观检测仪的情况中，光从印刷线路板的上面直射到焊料上，并拾取从焊料表面反射的光。焊料表面具有镜面反射的能力，从而以特定方向入射到焊料表面上的光在焊料表面上以特定方向反射出去。因此，检测图像能够指示焊料形状的表面角度。在X射线透射外观检测仪的情况中，X射线从印刷线路板的上面或者下面直射到焊料上，拾取(强度检测)透过的X射线。X射线的透射率随着焊料厚度的改变而连续变化，因此检测图像能够指示焊料的厚度。
一般来讲，指示三维焊料形状特征的检测图像反映出在焊料形状上有缺陷和无缺陷之间的差别，所以，在有缺陷和无缺陷之间具有不同的特征。因此，通过测量有缺陷和无缺陷之间的不同特征量并提供阈值来进行检测，以进行有/无缺陷的判定。特征量指的是检测图像的任意区域内的强度平均值或者具有任意强度的区域的长度或面积。对于一般的焊料形状，有缺陷和无缺陷之间在特征量上有很大区别。因此，可以通过设定有缺陷的特征量和无缺陷的特征量之间的阈值来进行检测。然而，在生成的焊料形状中存在偏差，因此在某些情况下有缺陷的特征量可能与无缺陷的特征量相似。
在这种情况下，可能存在“过严”判定，导致实际无缺陷的焊料形状被错误地判定为有缺陷，也可能存在“过宽”判定，导致实际有缺陷的焊料形状被错误地判定为无缺陷，这要取决于上文中设置的阈值。“过严”判定会引起在后续步骤中进行的视觉检测的次数增加，而“过宽”判定还会引起后续步骤中欠调节率(nonadjusted ratio)的恶化，从而导致后续步骤的成本增加。因此，希望通过调节阈值或调节检测数据来使“过严”判定和“过宽”判定减到最小，这包括改进检测区域或改进检测方法。
检测数据的调节必须针对所有有缺陷和无缺陷的焊料形状检查“过宽”或“过严”判定的发生条件来进行，这是因为过分降低“过宽”判定可能会导致“过严”判定增加，或者过分降低“过严”判定可能会导致“过宽”判定增加。传统上，检测数据的调节是借助于采集以前的特征量、检测图像和视觉检测产生的有/无缺陷确认结果，通过针对以前形成的焊料形状检查“过宽”或“过严”确认的发生条件来进行。在这种情况下，长期采集的特征量信息包括每个焊料形状的信息，因此可以实现最佳检测数据的调节。
然而，这种传统方法存在三个问题。第一个问题是必须对焊料形状进行长期的数据采集。在这种传统方法中，通过数据采集来获得各个焊料形状的信息。但是，由于导致“过宽”或“过严”判定的焊料形状的出现频率较低，且这些焊料形状是不同的，所以数据采集工作要进行很长时间，导致需要很长时间来进行检测数据的优化。
第二个问题是有/无缺陷判定是不明确的。“过严”或“过宽”的判定是通过比较后续步骤中视觉检测的判定结果和外观检测仪的判定结果来进行的。也就是说，在视觉检测的判定结果正确的条件下来评估外观检测仪的判定结果。然而，视觉检测是参考焊料量和焊料润湿性能的检测标准通过人为感觉检测来进行的。因此，视觉检测中的有/无缺陷判定是不明确的，导致对检测数据的优化产生干扰。例如，在视觉检测中有可能将实际上有缺陷判定为无缺陷，导致产生错误的“过严”判定。当针对这一情况进行数据调节时，实际上会发生“过宽”判定，而不是减少“过严”判定。
第三个问题是，会由于焊料形状之外的其它因素导致检测图像中发生变化。检测数据的调节应该针对判定为有缺陷或无缺陷的焊料形状进行。然而，检测图像和特征量与焊料形状不是一一对应的，而是随着焊料形状之外的像焊料表面状况这样的任何因素的不同而变化的。因此，可能会由于焊料形状而产生正常变化范围之外的非常罕见的检测图像。如果针对这种罕见的检测图像来调节检测数据，那么就存在“过宽”或“过严”判定增加的可能性。因此，要进行数据调节，就必须从对象中去除这种罕见的检测图像。然而，要区分这种罕见的检测图像和正常的检测图像是很困难的，因此导致难以进行检测数据的优化。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于焊接检测的特征量计算设备，它能够在短时间内得到特征量。
本发明的另一个目的是提供一种用于焊接检测的特征量计算设备，它能够在短时间内得到特征量，并能进行精确的有/无缺陷判定。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于焊接检测的特征量计算设备，该设备包括设计信息输入装置，用于输入检测对象的设计信息；检测标准输入装置，用于输入检测标准；焊料形状计算装置，用于根据设计信息来计算焊角(solder fillet)的形状信息；检测图像计算装置，用于根据焊角的形状信息计算检测图像；特征量计算装置，用于根据检测图像计算特征量；焊料形状有/无缺陷判定装置，其利用检测标准，根据形状信息来判定焊料形状有无缺陷；和特征量输出装置，用于显示或输出特征量和有/无缺陷判定的结果。
设计信息包括元件形状和焊盘形状，焊料形状计算装置根据元件形状和焊盘形状输入来计算出多个焊料形状数据。优选地是，设计信息包括独立于设计/制造条件的元件安装位置、焊料吸收(wicking)位置、焊料扩散位置和焊料基本形状。焊料形状计算装置根据元件安装位置、焊料吸收位置、焊料扩散位置和焊料基本形状输入计算多个焊料形状数据。
焊料形状计算装置利用以下曲线来计算三维坐标数据显示焊角轮廓的圆角曲线、显示元件表面上的焊料吸收状况的吸收曲线和显示焊盘表面上的焊料扩散状况的扩散曲线。检测图像计算装置具有检测图像获取装置，其利用检测图像获取函数来获得检测图像，而检测图像获取函数指出了相对于包括焊角的角度或厚度在内的特征量的检测图像强度。
利用非安装部位的焊盘上的焊角的实际检测图像来计算检测图像获取函数，作为表示相对于包括焊角的角度或厚度在内的特征量的检测图像强度的函数。优选地是，检测标准包括焊料量标准、焊料吸收标准和焊料扩散标准。利用指定关于焊料量或焊料润湿量的缺陷范围的检测标准，焊料形状有/无缺陷判定装置针对虚拟焊料形状进行有/无缺陷判定。
除了输出特征量和有/无缺陷判定结果之外，特征量输出装置还输出从焊料形状、焊料量、润湿量和由三维坐标数据显示的检测图像所构成的组中选择的信息。优选地是，特征量输出装置指定与特征量相关的阈值，以此来显示判定为过宽或过严的焊料形状。
由以下的说明和所附权利要求书，参考显示了本发明一些优选实施例的附图，可以更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点及其实现方式，并且本发明本身将得到最佳的理解。


图1是根据本发明的特征量生成设备的方框图；图2是生成焊料形状表的流程图；图3是三维焊料形状数据的生成位置的透视图；图4是与三维焊料形状数据相关的安装位置偏差的透视图；图5A显示了圆角曲线；图5B显示了元件润湿状况曲线；图5C显示了焊盘润湿状况曲线；
图6A到6C显示了圆角曲线的示例；图7A和7B显示了元件润湿状况曲线的示例；图8是用于解释三维焊料形状模型计算方法的透视图；图9A是引脚元件情况下的焊料形状模型示例的透视图；图9B是芯片元件情况下的焊料形状模型示例的透视图；图10是焊料形状表的输出示例；图11是采用光学检测方法的检测图像生成的流程图；图12是采用X射线透射检测方法的检测图像生成的流程图；图13是非安装部位的形状的透视图；图14显示了采用光学检测方法的检测图像获取函数的示例；图15是用于解释光学检测图像生成方法的透视图；图16A是与图9A所示引脚元件相关的光学检测图像的示例；图16B是与图9B所示芯片元件相关的光学检测图像的示例；图17A是与图9A所示引脚元件相关的X射线透射检测图像的示例；图17B是与图9B所示芯片元件相关的X射线透射检测图像的示例；图18是特征量生成过程的流程图；图19是焊料形状有/无缺陷判定过程的流程图；图20是检测图像表、特征量表和有/无缺陷判定表的输出示例。
具体实施例方式
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。图1是根据本发明优选实施例的特征量生成设备2的方框图。特征量生成设备2包括用于输入设计信息的设计信息输入装置4、用于根据设计信息输出多个三维焊料形状数据的焊料形状计算装置6、和用于根据使用上述三维焊料形状数据的检测仪(光学外观检测仪或X射线透射外观检测仪)输出检测图像的检测图像计算装置8。
特征量生成设备2还包括用于根据各个检测仪中的特征量指定方法来计算检测图像的特征量的特征量计算装置10、用于输入像焊料量和润湿量这样的检测标准作为进行有/无缺陷判定的衡量标准的检测标准输入装置12、用于根据检测标准和三维形状数据来进行有/无缺陷判定的有/无缺陷判定装置14、和用于显示或输出计算所得的数据和显示或输出在设定阈值时导致“过宽”或“过严”判定的焊料形状的特征量输出装置16。
设计信息输入装置4输入生成三维焊料形状数据所需的设计信息。设计信息包括独立于设计/制造条件的元件安装位置、元件引脚(电极)高度、焊盘形状、焊料吸收位置、焊料扩散位置和焊料基本形状。设计信息还包括将要印刷的焊料量，作为进行与焊料量相关的有/无缺陷判定的衡量标准。设计信息的输入是通过操作键盘或类似装置直接在屏幕上输入数据或从数据库输入数据来进行的。
在现有技术中，需要进行与焊料形状相关的长期的数据采集工作，这是因为要想消除焊接检测中的“过宽”或“过严”判定，就有必要得到与发生频率较低的焊料形状相关的特征量。因此，如果能够预测发生频率较低的焊料形状而得到有/无缺陷判定结果和检测图像的特征量，就可以避免对长期数据采集工作的需要，而且可以在达到制造性能之前进行数据调节。
在预测正常焊料形状的过程中，在考虑诸如元件的润湿性能和焊料量这样的设计条件及诸如回流炉温度这样的制造条件时，有必要计算表面张力等参数。然而，在得到发生频率较低的焊料形状的过程中，有必要考虑计算步骤中不同参数的变化情况，而且要计算所有的发生频率较低的焊料形状是非常困难的。
然而，焊料形状的表面是由平滑曲面构成的，而且规定了基本焊料形状。另外，在调节检测数据的过程中，只需要知道焊料形状偏差的改变，且不需要准确预测焊料形状。因此，焊料形状计算装置6规定了基本焊料形状，并根据元件和焊盘形状、元件安装位置、焊料吸收量、焊料扩散量等的偏差来修正基本焊料形状，由此计算出多种焊料形状。
更具体地讲，焊料形状计算装置6计算出几百种三维焊料形状数据，以获悉在考虑制造偏差情况下的焊料形状变化趋势。制造偏差包括安装位置偏差、由制造或焊接材料导致的基本形状差别和焊料润湿状况。在这些制造偏差中，定义了几种至几十种偏差，将所有的偏差进行组合以计算出几百种三维焊料形状数据。
现在将参考图3描述三维焊料形状数据的生成位置。要由程序计算的三维焊料形状数据为表示要在焊盘润湿平面22(x-y平面)内形成的焊角的高度(z轴)的三维坐标数据，其中的焊盘润湿平面22从焊盘18的前端扩展至引脚20的前端。
现在参考图2所示的流程图描述用于计算三维焊料形状数据的程序。在步骤S1中，输入包括元件安装位置和焊盘形状在内的设计信息。在步骤S2中，计算出与根据设计信息得到的正常元件安装位置相比的多个安装位置偏差，并在这样计算出的偏差中选择一个。在图3所示的情况中，引脚20安装在与焊盘18前端距离为L的位置上，其中焊盘18的大小为D×W。
如图4所示，选择在横向上距离焊盘18中心的横向偏差α和距离安装位置L的纵向偏差β，其中，在横向偏差α和纵向偏差β的无缺陷范围内选择若干种偏差。通常，在安装检测(对元件自身的检测)时检测安装位置偏差，且只在无缺陷范围内考虑焊料形状偏差。在步骤S3中，利用包括三种曲线的基本模式来表示随着作为设计信息输入的焊接材料而变化的不同焊接状况。
基本模式的定义为图5A至5C所示的三种曲线的组合。这三种曲线是如图5A所示的确定从引脚20前端到焊盘18前端的焊料形状的圆角曲线、如图5B所示的代表引脚20的润湿状况的元件润湿状况曲线和如图5C所示的表示焊盘18的润湿状况的焊盘润湿状况曲线。各个曲线定义为适于表示焊角的平滑形状的四点式贝塞尔曲线(Bezier curve)。该四点式贝塞尔曲线为由如下所示的四个控制点an、bn、cn和dn定义的曲线Cn(t)。
a-n=anuu-+anvv-,]]>b-n=bnuu-+bnvv,-]]>c-n=cnuu+cnuv-,-]]>d-n=dnuu+dnvv--]]>Cn(t)定义为(1-t)3a-n+3t(1-t)2b-n+3t2(1-t)c-n+t3d-n]]>各个基本模式表示如下对于圆角曲线F1(u)，
F1(u)C1(t)对于元件润湿状况曲线F2(u)，F2(u)C2(t)·····(0≤u＜d2u)d2v·····(d2u≤u≤a3u)C3(t)·····(a3u＜u≤1)对于焊盘润湿状况曲线F3(u)，F3(u)C4(t)·····(0≤u＜d4u)D4v·····(d4u≤u≤a5u)C5(t)·····(a5u＜u≤1)各个元件润湿状况曲线F2(u)和焊盘润湿状况曲线F3(u)在水平轴方向上是对称的。此外，各个控制点设置在0至1的范围内，因为它是根据焊盘形状、元件形状等扩展或收缩的。
图6A至6C示出了圆角曲线的示例。随着焊料量的变化，该曲线从图6A变化至图6C。图7A和7B示出了元件润湿状况曲线的示例。尽管没有显示，但焊盘润湿状况曲线的示例与图7A和7B所示的示例是相似的。该优选实施例中的程序使用了几十种圆角曲线、几种元件润湿状况曲线和几种焊盘润湿状况曲线。在这种情况下，可以预先在焊料形状图案存储器中保存多个由这三种曲线上的数据构成的基本模式数据。作为一种替代方法，可预先保存表示各个曲线的函数与各个曲线的控制点的组合，再通过读取这些保存的内容来生成多个基本模式数据。还有一种方法，可以从外部输入控制点和函数数据，再根据这些输入的参数来生成多个基本模式数据。
返回来再参考图2，程序下一步进行到步骤S4，选择元件吸收率p和焊盘扩散率q。例如，预先保存多个元件吸收率p和焊盘扩散率q的候选值，然后顺序地选择这些保存的候选值的组合。根据上述元件安装位置偏差、焊接基本模式和焊料润湿状况计算出三维焊料形状数据。现将描述该计算过程。
首先，计算出焊料吸收位置h和焊料扩散位置1(参见图8)。
h＝pH
l＝q(L+β)这里p和q分别为上面选定的元件上的焊料吸收率和焊盘上的焊料扩散率。
下一步，根据元件润湿状况曲线F2(u)、焊盘宽度W，横向偏差α和焊料吸收位置h来计算出元件吸收曲线Fz(x)。也就是说，元件吸收曲线Fz(x)是在考虑由焊盘宽度W及焊料吸收位置h表示的元件润湿状况平面上的横向偏差α的情况下通过扩展或收缩元件润湿状况曲线F2(u)得到的。
Fz(x)＝hF2(x/2(W/2+α))···(0≤x≤W/2+α)＝hF2((x-(W/2+α))/2(W/2-α)+1/2)···(W/2+α＜x≤W)下一步，根据焊盘润湿状况曲线F3(u)、焊盘宽度W和焊料扩散位置1来计算出焊盘扩散曲线Fy(x)。也就是说，焊盘扩散曲线Fy(x)是通过扩展或收缩由焊盘宽度W及焊料扩散位置1表示的焊盘润湿状况平面上的焊盘润湿状况曲线F3(u)得到的。
Fy(x)＝1F3(x/W)然而，在元件安装中的横向偏差对焊盘扩散曲线有影响的情况下，焊盘扩散曲线Fy(x)的计算与元件吸收曲线Fz(x)的计算是相似的。元件吸收曲线Fz(x)的计算和焊盘扩散曲线Fy(x)的计算是在图2所示流程的步骤S5中进行的。
下一步，程序进行到步骤S6，计算三维焊料形状数据F(x，y)。利用元件吸收曲线Fz(x)、焊盘扩散曲线Fy(x)和圆角曲线F1(u)来计算出三维焊料形状数据(三维坐标数据)F(x，y)，如下所示。
F(x，y)＝F1(y/Fy(x))Fz(x)···(y＜Fy(x))＝0············(y≥Fy(x))上面的公式代表了在将元件吸收曲线Fz(x)设置为开始点、将焊盘扩散曲线Fy(x)设置为结束点的情况下，通过扩展或收缩圆角曲线F1(u)得到的三维数据。
图9A显示的是与引脚元件20相关的焊料形状模型。在图9A中，标号26表示计算所得的三维焊料形状。图9B显示的是与芯片元件30相关的焊料形状模型。在图9B中，标号28、30、32和34分别表示焊盘、芯片元件、焊盘润湿状况平面和元件润湿状况平面。此外，标号36表示计算所得的三维焊料形状。
下一步，程序进行到步骤S7，计算焊料量V。由下列公式来计算焊料量V。
V＝∫∫F(x，y)dxdy接着，确定是否已经选择了所有的润湿位置(步骤S8)、是否已经选择了所有的曲线(步骤S9)、是否选择了所有的偏差(步骤S10)。在步骤11中，计算对于所有条件组合的全部三维焊料形状，并将其作为焊料形状表输出。相应的，焊料形状表由纵向偏差、横向偏差、基本形状、元件吸收率、焊盘扩散率、焊料量和三维形状数据构成。三维形状数据和焊料量根据元件安装位置偏差(状况)、焊接基本模式和焊料润湿状况来计算得到。
总而言之，焊料形状计算装置6根据输入的元件安装位置、焊料吸收位置、焊料扩散位置等来计算出多个焊料形状数据。焊料形状计算装置6进一步采用显示焊料中心部分的纵向截面轮廓的圆角曲线、显示元件表面上焊料吸收状况的吸收曲线和显示焊盘表面上焊料扩散状况的扩散曲线，以吸收曲线为开始点和扩散曲线为结束点，由圆角曲线计算出三维坐标数据。
再参考图1，检测图像计算装置8由外观检测仪选择一种检测方法，并利用焊料形状表中的三维形状数据来计算检测图像。检测方法指光学检测方法或X射线透射检测方法。图11是根据光学检测方法生成检测图像的流程图，图12是根据X射线透射检测方法生成检测图像的流程图。在如图11所示的使用光学检测方法的情况下，首先在步骤S21中确定制造条件是否已经改变。如果步骤S21中的答案为“是”，则程序进行到步骤S22以得到焊料表面角度和反射强度函数，如果步骤S21中的答案为“否”，则程序跳转至步骤S23，由图10所示的焊料形状表得出三维焊料形状数据。
另一方面，在使用X射线透射检测方法的情况下，在如图12所示流程的步骤S31中确定焊料形状表是否已经结束。如果步骤S31中的答案为“是”，则程序进行到步骤S32以得到焊接厚度和X射线透射率函数，如果步骤S31中的答案为“否”，则程序进行到步骤S33，由图10所示的焊料形状表得出三维焊料形状数据。换句话说，在各个检测方法中都会用到提供检测强度的检测图像获取函数。在使用光学检测方法的情况下，检测图像获取函数是焊料表面角度和反射光检测强度的函数，而在使用X射线透射检测方法的情况下，检测图像获取函数是焊接厚度和X射线透射检测强度的函数。现在将描述由实际测量值计算检测强度的方法。
检测图像获取函数是上述诸如焊料表面角度(光学检测方法中)或焊接厚度(X射线透射检测方法中)和检测强度这样的参数的函数。因此，要得到该函数，就必须指定焊料形状。然而，要测量正常元件和焊盘之间的焊角的形状是很困难的，因此本发明采用位于非安装部位的焊盘上的圆顶焊角。
在焊角为圆顶的情况下，可由图13所示的曲线来定义其模型。在图13中，C1和C2为椭圆曲线。
焊角的高度表示如下C1z=H1-4x2/W2]]>C2z=H1-4y2/L2]]>焊角的角度表示如下C1θ=tan-1(4HxW2-4x2)]]>C2θ=tan-1(4HyL2-4y2)]]>根据焊角的检测图像可得到检测图像沿着轴线方向的强度分布。可由焊角的角度和沿着轴线方向的强度分布得到光学检测方法中的检测图像获取函数，可由焊角的高度和沿着轴线方向的强度分布得到X射线透射检测方法中的检测图像获取函数。
图14示出了光学检测方法中的检测图像获取函数的示例。在图14中，水平轴表示焊角的表面角度，垂直轴表示反射光的强度。在该示例中，焊料表面角度为20°至30°时反射光的强度最大。通过代入理论公式或二维坐标数据来表示检测图像获取函数。利用上述检测图像获取函数，可以计算出图10所示由焊料形状计算装置6得到的焊料形状表中各个焊料形状的检测图像。
在得到光学检测图像的情况中，如图15所示由三维焊料形状数据来计算出在各个坐标上至焊角表面的法向矢量，以计算出法向矢量和垂直矢量之间的角度θ(步骤S24)。接着，在步骤S25中计算出在各个坐标上的反射光强度，由此根据焊料形状的角度θ和反射光的强度得出检测图像(步骤S26)。在得到X射线透射检测图像的过程中，在如图12所示的步骤34中根据三维焊料形状数据计算出在各个坐标上焊角的厚度h。接着，在步骤S35中计算出在各个坐标上的X射线透射率，由此，在步骤S36中根据焊料形状的厚度h和X射线的透射率得出检测图像。
在如图1 1所示的使用光学检测方法的情况下，接着在步骤S27中确定焊料形状表是否已经结束。如果步骤S27中的答案为“是”，则程序执行至步骤S28，以输出检测图像表，如果步骤S27中的答案为“否”，则重复步骤S23至S26。在如图12所示的使用X射线透射检测方法的情况下，接着在步骤S37中确定焊料形状表是否已经结束。如果步骤S37中的答案为“是”，则程序执行至步骤S38，以输出检测图像表，如果步骤S37中的答案为“否”，则重复步骤S33至S36。
图16A和16B分别示出了利用检测图像计算程序，所得到的关于图9A所示引脚元件和图9B所示芯片元件的焊料形状模型的光学检测图像的示例。图17A和17B分别示出了对应于图16A和图16B的X射线透射检测图像的示例。也就是说，图16A和17A示出了关于图9A所示引脚元件的检测图像，而图16B和17B示出了关于图9B所示芯片元件的检测图像。
总而言之，检测图像计算装置8具有检测图像获取装置，该图像获取装置用于利用检测图像获取函数来获得检测图像，该检测图像获取函数显示出关于诸如焊角角度或厚度这样的焊接特征量的检测图像强度。利用非安装部位的焊盘上的焊角的实际检测图像来计算出检测图像获取函数，将该函数作为显示关于诸如焊角角度或厚度这样的焊接特征量的检测图像强度的函数。
再次参考图1，特征量计算装置10根据检测图像计算出特征量，由此生成特征量表，而检测图像是由检测图像计算装置8根据光学或X射线透射外观监测仪所用的测量方法得到的。图18是特征量计算程序的流程图。在步骤S41中，由检测图形表得出检测图像。在步骤S42中，测量检测图像以计算特征量。在步骤S43中，确定检测图形表是否已经结束。如果步骤S43中的答案为“是”，则程序进行到步骤S44，以输出如图20所示的特征量表，如果步骤S43中的答案为“否”，则重复步骤S41和S42。特征量表是通过将特征量添加到检测图像表中得到的表。
再次参考图1，检测标准输入装置12是用于输入与焊料量和焊料润湿性能相关的检测标准的装置。作为焊料量的检测标准，通过检测标准输入装置12输入位于焊盘前端的焊料量的上限(焊料过量的阈值)和下限(焊料不足的阈值)。该上限和下限与由设计信息输入装置4输入的焊料量成比例或为其绝对值。然而，值得注意的是，在引脚元件的情况下，焊角位于靠近焊盘后端的位置上，因此，焊盘前端的焊料量要少于由设计信息输入装置4输入的焊料量。
也可以根据焊料形状来确定焊料量的检测标准。相应的，可以为焊接基本模式的圆角曲线设置检测标准。作为焊料润湿性能的检测标准，通过检测标准输入装置12输入焊料吸收率和焊料扩散率的下限。这些吸收率和扩散率是图2所示的焊料形状表生成程序中使用的那些检测标准。
在通常设置用于将焊料形状划分为无缺陷和有缺陷的参考值或标准的时候，可将缺陷细化为几种情况(可以定义缺陷的程度)。例如，焊料形状可以分为三类，即完全缺陷、基本无缺陷和无缺陷。通过定义这样的缺陷程度，在为了减少大量“过严”判定而导致少量“过宽”判定的情况下，可以知道任何缺陷发生“过宽”判定的程度。换句话说，可以在全盘考虑缺陷检测率、过严判定和过宽判定的情况下实现最优的数据设定。
再参考图1，利用由检测标准输入装置12输入的检测标准，焊料形状有/无缺陷判定装置14判定由焊料形状计算装置生成的各个焊料形状有无缺陷。图19是有/无缺陷判定的流程图。在步骤S51中，得到吸锡位置标准、散锡位置标准和焊料量标准。在步骤S52中，由焊料形状表得到三维焊料形状数据。
在步骤S53中，将焊料量或基本形状图案与焊料量检测标准进行比较，以执行关于焊料量的有/无缺陷判定。在步骤S54中，将吸收率或扩散率与润湿量的检测标准进行比较，以执行关于润湿量的有/无缺陷判定。在步骤S55中，确定对于图10所示焊料形状表中的所有数据上述判定是否已经结束。如果步骤S55中的答案为“否”，则重复步骤S52至S54。
如果步骤S55中的答案为“是”，则程序执行至步骤S56，以输出图20所示的有/无缺陷判定表。在定义了缺陷程度的情况下，输出指示缺陷程度的数字。也就是说，利用指定关于焊料量或焊料润湿量的缺陷范围的检测标准，焊料形状有/无缺陷判定装置14执行虚拟焊料形状的有/无缺陷判定。优选地是，焊料形状有/无缺陷判定装置14根据缺陷程度将缺陷划分为多个等级。
再次参考图1，特征量输出装置16是用于输出图10所示焊料形状表和图20所示检测图形表、特征量表及有/无缺陷判定表的装置。通过为特征量表中的各个测量值设置阈值，在检查要判定为“过宽”或“过严”的焊料形状时，可对检测数据进行调节。将上面得到的各个测量值的阈值输入到光学或X射线透射外观检测仪中，由此可以提高由外观检测仪执行的焊接检测的精度。
根据如上所述的本发明，可以根据设计中给定的信息得出多个焊料形状数据，这些焊料形状数据提供了由于元件安装位置偏差和焊料润湿性能及焊料量的变化所导致的焊料形状偏差。此外，还可与以上焊料形状数据一起得出检测图像、有/无缺陷判定结果和特征量。因此，与为了调节检测数据而需要长期的特征量或检测图像采集的现有技术相比，根据本发明能够很快得到用于检测数据调节的特征量。
此外，与由工人进行的有/无缺陷判定的不明确而导致检测数据调节不明确的现有技术相比，本发明可以根据检测标准实现精确的有/无缺陷判定。还有，根据本发明，由像焊料表面情况这样的焊料形状之外的任何因素所导致的检测图像的变化均被忽略，因此可以在忽略极度罕见的检测图像的情况下得到特征量。
本发明还具有如下所述的其他作用。首先，通过定义缺陷程度并将其划分为多个等级，可以在数据调节后使要检测的缺陷等级集中，从而控制缺陷检测率、过严判定和过宽判定。第二，可以在检查被判定为过宽或过严的焊料形状时执行数据调节。第三，即使象焊接材料这样的制造条件发生变化时，也可以仅通过修改检测图像获取函数来很容易地得出用于重新调节数据的特征量。
本发明不限于上述优选实施例的细节。本发明的范围由所附权利要求限定，因此本发明涵盖落入权利要求的等同物范围之内的所有变化和改进。
权利要求
1.一种用于焊接检测的特征量计算设备，包括设计信息输入装置，用于输入检测对象的设计信息；检测标准输入装置，用于输入检测标准；焊料形状计算装置，用于根据上述设计信息来计算焊角的形状信息；检测图像计算装置，用于根据上述焊角的上述形状信息来计算检测图像；特征量计算装置，用于由上述检测图像来计算特征量；焊料形状有/无缺陷判定装置，用于利用上述检测标准，由上述形状信息来判定焊料形状有无缺陷；和特征量输出装置，用于显示或输出上述特征量和有/无缺陷判定的结果。
2.根据权利要求1所述的特征量计算设备，其中上述设计信息包括元件形状和焊盘形状，上述焊料形状计算装置根据上述元件形状和上述焊盘形状输入来计算多个焊料形状数据。
3.根据权利要求1所述的特征量计算设备，其中上述设计信息包括独立于设计/制造条件的元件安装位置、焊料吸收位置、焊料扩散位置和焊料基本形状；和上述焊料形状计算装置根据上述元件安装位置、上述焊料吸收位置、上述焊料扩散位置和上述焊料基本形状输入来计算多个焊料形状数据。
4.根据权利要求1所述的特征量计算设备，其中上述焊料形状计算装置利用以下曲线来计算三维坐标数据显示上述焊角轮廓的圆角曲线、显示元件表面上焊料吸收状况的吸收曲线和显示焊盘表面上焊料扩散状况的扩散曲线。
5.根据权利要求1所述的特征量计算设备，其中上述检测图像计算装置包括检测图像获取装置，该检测图像获取装置利用检测图像获取函数来获得上述检测图像，上述检测图像获取函数指示了相对包括上述焊角的角度或厚度在内的特征量的上述检测图像强度。
6.根据权利要求5所述的特征量计算设备，其中利用非安装部位的焊盘上的焊角的实际检测图像来计算上述检测图像获取函数，作为表示相对包括上述焊角的角度或厚度在内的特征量的上述检测图像强度的函数。
7.根据权利要求1所述的特征量计算设备，其中上述检测标准包括焊料量标准、焊料吸收标准和焊料扩散标准。
8.根据权利要求7所述的特征量计算设备，其中利用指定焊料量或焊料润湿量的缺陷范围的上述检测标准，上述焊料形状有/无缺陷判定装置执行虚拟焊料形状的有/无缺陷判定。
9.根据权利要求1所述的特征量计算设备，其中上述焊料形状有/无缺陷判定装置根据缺陷程度将有缺陷的焊料形状划分为多个等级。
10.根据权利要求1所述的特征量计算设备，其中除了输出上述特征量和上述有/无缺陷判定结果之外，上述特征量输出装置还输出从焊料形状、焊料量、润湿量和由三维坐标数据显示的检测图像所构成的组中选择的信息。
11.根据权利要求1所述的特征量计算设备，其中上述特征量输出装置指定与上述特征量相关的阈值，从而显示被判定为过宽或过严的焊料形状。
全文摘要
一种用于焊接检测的特征量计算设备。该特征量计算设备包括用于输入检测对象的设计信息的设计信息输入部分、用于输入检测标准的检测标准输入部分、用于根据设计信息来计算焊角的形状信息的焊料形状计算部分和用于根据形状信息来计算检测图像的检测图像计算部分。该特征量计算设备还包括用于根据检测图像来计算特征量的特征量计算部分、利用检测标准根据形状信息来判定焊料形状有无缺陷的有/无缺陷判定部分和用于显示或输出特征量和有/无缺陷判定结果的特征量输出部分。
文档编号G01N21/956GK1502970SQ20031011376
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月21日 优先权日2002年11月21日
发明者舞田正朋, 五十岚修三, 修三 申请人:富士通株式会社