专利名称：一种焊点损伤在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种焊点损伤在线监测系统。该系统通过一个与被测芯片设计到 同一个系统上的焊点检测芯片，能对多种芯片的焊点损伤进行监测。属于焊点损伤监测领 域。
背景技术：
如今电子产品的更新换代越来越快，但无论这些产品如何变化，以目前的技术而 言，多数电子仍然需要用到印制电路板(PCB)。而在往印制电路板上安装元件时，元件的焊 点可靠性成为很重要的一个指标。随着技术的不断发展，复杂元件的尺寸在不断增大，而元 件的引脚却越来越密集，尤其是球栅阵列(BGA)封装的器件。这些器件被焊接到PCB板上 后，由于器件和PCB板使用的材料是不同的，因此他们在受热时的膨胀系数也不同，同时由 于温度、湿度、振动、冲击、扭力等外界环境的变化，导致器件焊点容易发生破裂；但此时，由 于焊点仍然能和PCB板接触，所以会发生间歇性失效，如果用普通的通断检测，这种失效方 式是无法被检测出来的。如果能有一种系统或者一些模块能够快速的，实时的检测出器件的间歇性失效， 将是器件焊点检测方面一项极大的进步。目前国内外对焊点检测的方法有非破坏性，破坏性和环境监测等几种方式，下面 是一些常用的焊点检测方法 目视检测目视检测是最常用的焊点质量检测方法，是非破坏性的焊点检测方法，但受限于 检测人员的能力，其检测速度和精度是十分低下的。尤其是对于已经焊接在PCB板上的BGA 封装的芯片，要目测其焊点损伤是完全不可能的。·电器检测电器检测是在器件加电的情况下，检测器件是否满足所要求的规范，能够检测出 目视检测不能发现的一些裂纹和桥连等问题。这种检查属于通断检测，是无法检测出焊点 破裂导致的间歇性失效的。· X射线检测X射线检测是利用X射线能穿透物质并在物质有衰减的特性来发现缺陷，主要针 对的是焊点内部缺陷。这种方法能检测到器件焊点内部的破裂，但是检测设备的造价十分 昂贵，而且也不可能实时的对器件进行监测，X射线对人体也会造成巨大的伤害。 超声波检测超声波检测利用超声波束能透入金属材料的深处，由一截面进入另一截面时，在 界面边缘发生反射的特点来检测焊点的缺陷。这种检测方法虽然对人体无害，但成本也比 较高，同时还不能对缺陷进行定性和定量的判定。以上几种检测方法，是在不对器件的焊点造成破坏的情况下，对焊点问题进行检 测的方法，而使用破坏性检测方法，会器件的焊点甚至器件本身造成破坏，导致被测器件无法再次投入工作，所以一般不使用这类方法来检查器件的焊点问题，如下面两种检测方 法 机械性破坏检测机械性破坏检测是将焊点进行机械性破坏，从焊点的强度和断裂面来检查缺陷。 这种方法会破坏焊点的完整性，导致检测后的器件无法再次投入使用，因此多用于产品的 抽检。 显微组织检测显微组织检测是将焊点切片、研磨、抛光后用显微镜来观察且界面，能用于发现焊 料杂质、熔蚀、组织结构、合金层的微小裂纹等。这种方法实现起来很复杂，分辨率也较低。还有一些方法，诸如染色试验荧光渗透剂检测，化学分析法等，这些方法大多操作 复杂，不能在器件工作时进行检测，并且可能对器件造成一定的损伤
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种焊点损伤在线监测系统，具体而言，就是在芯片 处于不同温度、湿度、振动、冲击、扭力等外界环境下，对芯片焊点的损伤进行监测。这种监 测是实时的、在线的对芯片焊点进行监测，并且不会破坏芯片本身的结构，完全不同于目前 市场上已有的需要器件拆卸以后才能进行检测的方法。本实用新型一种焊点损伤在线监测系统，是一种能嵌入到可编程芯片内部进行芯 片焊点损伤检测的软IP核及芯片外部所需添加的电路模块。其中，所述的焊点损伤检测 软IP核是整个系统的核心，他负责整个系统的数据收集，分析和比对，然后通过输入/输出 (I/O)端口与外部电路模块进行交互。其中，所述的芯片焊点损伤检测的芯片外部电路模 块，其作用是对信号进行前期处理，将原始信号变为芯片内部软IP核能识别的信号，然后 送给此软IP核进行处理。同时，芯片内部软IP核处理好的数据，也需要通过相应的外部电 路模块送到相应的显示设备上，然后通过使用我们开发的专利软件来读取这个信号，从而 完对芯片焊点损伤的检测。本实用新型一种焊点损伤在线监测系统，其特征在于该监测系统包括内部嵌有 软IP核的被测芯片及芯片外部电路模块；其中，该外部电路模块包括稳压电源模块，信号 源模块，芯片承载模块，信号处理模块，PC机和通信接口及连接线；所述的被测芯片是整个系统的核心，它被焊接到芯片承载模块上；该被测芯片内 部嵌入软IP核；所述的稳压电源模块与芯片承载模块相连；所述的信号源模块与被测芯片 相连；所述的芯片承载模块与被测芯片和芯片外部电路模块相连；所述的信号处理模块与 芯片承载模块和PC机相连。其中，所述的芯片承载模块为印刷电路板。本实用新型一种焊点损伤在线监测系统，与传统的焊点检测方式相比，有以下优占.
^ \\\ ·(1)本实用新型中，向芯片内嵌入了一个软IP核，能检测出芯片焊点的损伤，价格 相对传统的检测仪器要便宜很多。(2)本实用新型对芯片焊点损伤的检测是实时的，在线的。也就是在芯片工作过程 中，也能实时检测到芯片焊点的损伤，并且不会影响到被测芯片的工作。[0027](3)使用本实用新型来检测芯片焊点损伤，是不需要对芯片进行破坏的，因此，能 为芯片焊点的检测节约大量的成本。

图1所示为焊点损伤在线监测系统设计总体框图。图2所示为同一承载模块上有多个芯片时的连接方式。图3所示为焊点损伤在线监测系统的软件设计流程。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步阐述。1.本设计采用软IP核的原因 目前市场上对芯片焊点损伤进行检测的方法，多数是要在设备停止工作后，将所 需检测得芯片从设备上拆下来进行检测，或者依靠昂贵的检测设备对相关芯片的焊点进行 检测。相对以上这些方法，本实用新型采用了一种软IP核，因为软IP核有以下优势(1)价格便宜。(2)可以由用户随意配置和构建。(3)可以随意裁剪。2.本实用新型的技术方案本实用新型一种焊点损伤在线监测系统，包括内部嵌有软IP核的被测芯片及芯 片外部电路模块，其中该软IP核可对芯片焊点损伤检测。该外部电路模块包括稳压电源模 块，信号源模块，芯片承载模块，信号处理模块，PC机和各种通信接口及连接线。其中，所述的被测芯片是整个系统的核心，它被焊接到芯片承载模块上，以便能进 行各种环境下的测试；该被测芯片内部需要嵌入本实用新型的核心软IP核，从而检测到自 身焊点的缺陷，并能将检测到的缺陷数据实时传送到芯片承载模块中，然后通过线缆将数 据传送到PC机上。软IP核，本实用新型中的IP核是一个软核，该软核包含了对芯片焊点的监测功能 和对焊点损坏数据的采集功能，需要下载到相应的被测芯片内部，以便能实时监测芯片焊 点的损伤情况，并实时通过芯片I/O 口输出相关的采集数据。稳压电源模块，与芯片承载模块相连，该模块的作用是给整个系统提供稳压电源， 需要根据不同芯片的要求做出选择。信号源模块，与被测芯片相连相连，该模块的作用是给被测芯片提供相关的时钟 信号或者使能信号，以确保芯片的正常工作。芯片承载模块，与被测芯片和芯片外部电路模块相连，该模块用于承载各种不同 的被测芯片，然后可以将此承载模块置于不同的环境(如高温、高湿、震动等环境)中，从 而模拟芯片在不同环境下工作时，其焊点损伤的情况。这个承载模块也可以使用现成的印 制电路板(PCB板)；另外，该模块还要承担一部分数据的传输工作，如向芯片添加激励信号寸。信号处理模块，与芯片承载模块和PC机相连，用于对从被测芯片上采集到的信号进行处理，使这些信号能被计算所识别。PC机上安装了我们开发的专利软件，能实时的对信号处理模块送出的数据进行分 析和显示，用以提供芯片焊点损伤的实时情况分析，同时也能作为软IP核的下载工具。该 软件工作流程如图3所示，首先初始化整个系统，然后写入本实用新型中所提到的软IP核， 然后在设定的被测芯片I/O端口上输出采集到的焊点损伤数据，并将采集到的数据与原有 的焊点损伤模型进行比较，从而确定焊点的损伤情况。通信接口和连接线用于采集数据的传送，根据被测芯片和芯片承载模块的不同， 这些通信接口和连接线的规格也不同。需要注意的是，如果想准确地捕获到焊点损伤情况，在选择监测点(芯片的相关 引脚)时，监测点应尽量靠近芯片的四个角上，这样检测到的数据可以相对准确一些。而在同一个承载模块上，可以同时对多个芯片进行测试，其连接方式如图2所示， 以一个承载模块上有4个芯片为例(1)控制线。图2所示的系统中需要4条控制线，用以 选择当前需要测试是某个芯片或是同时测试多个芯片。(2)时钟源。如果要同时对多个芯 片进行测试，所选芯片的时钟必须同步，最好使用相同时钟源，以保证从被测芯片上检测到 数据的准确性。(3)软IP核的嵌入。由于软IP核是 一段代码，我们一般将其存到PC机或 者PROM中，需要时再从这些设备中调用。(4)数据输出线。在图2所示的系统中，采集到的 数据用串行的方式进行输出，每个芯片只需要一条输出线即可。在系统开始运作时，先通过 控制线选择一个或多个需要进行测试的芯片，然后将PC机上存储的软IP核下载到相应芯 片中，此时，芯片按照该软IP核的配置进行采集工作，然后将采集到的数据通过串行输出 线传送到相关处理设备(如PC机)中。
权利要求一种焊点损伤在线监测系统，其特征在于该监测系统包括内部嵌有软IP核的被测芯片及芯片外部电路模块；其中，该外部电路模块包括稳压电源模块，信号源模块，芯片承载模块，信号处理模块，PC机和通信接口及连接线；所述的被测芯片是整个系统的核心，它被焊接到芯片承载模块上；该被测芯片内部嵌入软IP核；所述的稳压电源模块与芯片承载模块相连；所述的信号源模块与被测芯片相连；所述的芯片承载模块与被测芯片和芯片外部电路模块相连；所述的信号处理模块与芯片承载模块和PC机相连。
2.根据权利要求1所述的一种焊点损伤在线监测系统，其特征在于所述的芯片承载 模块为印刷电路板。
专利摘要本实用新型涉及一种焊点损伤在线监测系统，其特征在于该监测系统包括内部嵌有软IP核的被测芯片及芯片外部电路模块；其中，该外部电路模块包括稳压电源模块，信号源模块，芯片承载模块，信号处理模块，PC机和通信接口及连接线；所述的被测芯片是整个系统的核心，它被焊接到芯片承载模块上；该被测芯片内部嵌入软IP核；所述的稳压电源模块与芯片承载模块相连；所述的信号源模块与被测芯片相连；所述的芯片承载模块与被测芯片和芯片外部电路模块相连；所述的信号处理模块与芯片承载模块和PC机相连。
文档编号G01N27/00GK201594083SQ20102010570
公开日2010年9月29日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者关永, 刘琨, 刘鹏 申请人:首都师范大学;北京利普信达科技有限公司