近紅外光電檢測技術應用在PCB檢測之研究
发布于:2009-4-2 已被阅读: 次 

陳德請1 劉益興2 1逢甲大學電機工程研究所 2逢甲大學資訊電機學院在職碩士班

 

摘要 近幾年來,紅外線即時 (Real Time) AOI (Automated Optical Inspection) PCB 檢測,這種不需要接觸的非破壞性檢測方法,可以使用於電路板的功能測試,包括空板 (Bare Board) 或插件板 (Populated Board) 的檢測。而ICT (In-circuit tester)電路板檢測方法,採用實際針床結構 (Bed of Nails) 或模擬狀態下,逐一分析測試點的電壓/電流值。此種方式,固然相當準確,但卻費時費力的檢測法,似乎不切合實際和不符合經濟效益。非破壞性電路板檢測方法,還是需要搭配接觸性電路板測試,為了使電路板在空板及焊接組立後的品質提昇,發生問題能夠及時回饋,在電路板未到客戶就能潛在的不良解決,是生產者迫切需要的。為了保留接觸性電路板測試的優點及改善其缺點,針對此架構進一步作修改,以符合生產線上的需求。

Ⅰ.研究的目的及動機 ICT (In-circuit tester)電路板檢測方法,採用實際針床結構 (Bed of Nails) 或模擬狀態下,逐一分析測試點的電壓/電流值。此種方式,固然相當準確,但卻費時費力的檢測法,似乎不切合實際和不符合經濟效益。然而非破壞性電路板檢測方法,還是需要搭配接觸性電路板測試,為了使電路板在空板及焊接組立後的品質提昇,發生問題能夠及時回饋,在電路板未到客戶就能潛在的不良解決,是生產者迫切需要的。為了保留接觸性電路板測試的優點及改善其缺點,針對此架構進一步作修改,以符合生產線上的需求。 Ⅱ.說明 選用在線測試儀(簡稱 ICT,In Circuit Tester ),作為改善的基礎架構。ICT藉由治具試針的接觸,透過所輸入的微量電流,在印刷電路板上的每個節點,然後將每個元件單獨隔離起來進行測試,就好像它是PCB上唯一的元件一樣。如果每一個元件都通過測試,就可以認為這塊板沒有裝配缺陷並具有正常的應用功能,這一測試策略之所以可行是因為測試儀使用的技術可以使被測元件周圍的元件不會對其產生電性影響。然而ICT能夠在短短的數秒鐘內,全檢出組裝電路板(loaded PC board)上零件-電阻、電容和電感零件是否良好、PNP與NPN電晶體是否錯放、二極體、穩壓二極體零件極性是否相反、光偶器、繼電器等零件,是否在在我們設計的規格內運作。能夠先期找出製程不良所在,如零件漏件(missing part)、折腳(bending)、短路(short)、錫橋(bridge)、反向(miss-oriented)、錯件(wrong part)、開路(open)、焊接不良等組裝作業問題,回饋到製程的改善。然而ICT缺點是需要夾治具、探針易損耗、測試節點數量多費時。

Ⅲ.研究材料及方法

Ⅲ.1光電開關產品簡介

光耦合器(photo coupler)係一種對電絕緣,而以光學來耦合發光部份與受光部份。其發光部份可以是白熾燈、霓虹燈、LED或紅外線LED等發光元件;受光部份亦可選用光敏電阻、光二極體及光電晶體等光感測元件。實際,光耦合器就是一種光電開關裝置,只是其發光與受光元件的裝設位置固定,不能由工程計人員自行設定,同時,為使光耦合器能適用各種應用需要,其內部僅裝設發光與受光元件而已,並沒有控制電路,因此,工程人員可依用途需要設計不同的控制電路。

Ⅲ.2光電開關類別

光電開關--歸類為半導體固態繼電器其中的一種,係結合半導體與光電科技發展而成的光電類零件(COMPONENT or DEVICE)。其使用壽命可達無限次數,輸入與輸出間的隔離電壓可高達3750VRMS以上,並可完全避免EMI與RFI等干擾。可應用於 Modem、FAX、DAA ⋯等各種通訊線路,電子測試儀表,醫療儀器,工業控制等。

Ⅲ.3光電開關特性

3-1. 低耗電、 低失真、低雜訊,用小輸入信號可控制大負載 。

3-2. 輸入與輸出間電氣隔離,其絕緣電阻高達1011Ω左右,而耦合電容只有0.5~2pF左右。 104陶瓷電容

 3-3. 訊號傳送只有單一方向。

3-4. 高靈敏性、高速回應 。

3-5. 光電開關採用樹脂材料進行封裝,構造簡單、壽命長、可靠性高。

3-6. 防EMI,RFI干擾及不產生電弧(干擾),無觸點,無動作聲音。

3-7. 光隔離器的輸入與輸出側不必顧慮電的問題,使得電子電路簡單不少。另外,內置有自身 供電功能的光電元件,所以,不需要外部電源來驅動功率MOSFET。

 3-8. 高電壓控制、低導通電阻、B接點電路、相容通電和低洩漏電流等優良特性。

 3-9. 光電開關(Photo-MOS-relay)閉路時的導通電壓差極低,因此,即使是對微小電壓信號或類比信號也可控制。

3-10. 開路時的漏電流極小(µA)。

Ⅳ.近紅外線光電開關(PHOTO-MOS-RELAY)構造

FET型半導體繼電器是一種最基本的電路。該電路因輸出元件的功率MOSFET是電 壓驅動型元件,因此,光電元件(P.D.A)將發光元件(LED)的光進行電壓變換,由於光電二極體陣列(P.D.A)供給的電壓,而柵極電容器被充電,透 過使柵極電壓上升到開啟電壓值(門檻電壓),就可使MOSFET的導通、非導通,進行負載控制。如電磁繼電器產品,當額定電壓加入產品線圈後,線圈產生磁場,利用此磁場控制磁簧開關之動作。 Ⅳ-1.近紅外線開關模組介紹: 近紅外線開關模組在晶片材料方面,主要分為三個部 份: 1-1.LED晶片,主要功能為發光(波長為940nm), 屬於近外線波段。 1-2.P.D.A晶片,主要功能為受光後產生電壓電流, 太陽能計算機之受光板即為類似功能。 1-3.MOSFET晶片,主要功能作為開關,當開關完全打開時,開關兩端可承受之電壓由此晶片決定。 在光電開關中,LED晶片與P.D.A晶片為固定之組合,而產品上400V、350V、200V、100V、60V,及A-TYPE (normal open)、B-TYPE (normal close)完全由MOSFET晶片所決定。 1-4.上圖為LED晶片,中間圓形或X形為金線銲 的位置,其餘部份為發光位置。晶片另一接點位晶 片下方。 LED(IR)晶片發光波長為940nm(近紅外線),屬於 不可見光。晶片尺寸約為11mil×11mil×12mil(0.28 mm×0.28mm×0.30mm),LED晶片依發射功率,可區分為一般型、高亮度,超高高度。 1-5.上圖為MOSFET(金屬氧化半導體場效電晶體
Ⅴ.近紅外光電檢測設備基本架構
)晶片,在光電開關Photo-MOS-Relay產品中作為 開關功能。黑色框框為閘極,銀灰色區域為Source極,另Drain極位於晶片下方。有一些MOSFET晶片因廠商設計方式不同,Drain極會出現在晶片的上方。此類晶片大小不一,依晶片的功能會有不同的大小。

Ⅵ.結論
ICT 及相關治具架設在 XY-TABLE,符合我們將目前PCB少量多樣的產品,節省測試模治具費用,探針改由速度快準確度高之飛針測試(Flying Probe Tester),I/O控制單元的切換由近紅外線開關切換,取代磁簧開關 (Reed Relay)。因為磁簧開關易受周遭電磁的干擾及振動的影響。

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