Przejdź do głównej treści

Walidacja elektroniki przy pomocy obrazów radiometrycznych

Przegrzanie komponentów PCB w zamkniętej obudowie powoduje problemy z niezawodnością, a termopary kontaktowe zniekształcają dokładne odczyty małych, wrażliwych na ciepło elementów ze względu na swoją masę termiczną i przewodnictwo cieplne.
Rozwiązanie

Termografia w podczerwieni jest stosowana przez okienka przepuszczające promieniowanie podczerwone w obudowie urządzenia, umożliwiając dokładne i nieinwazyjne monitorowanie temperatury wszystkich krytycznych komponentów w rzeczywistych warunkach pracy wewnątrz obudowy.

Uzyskiwane korzyści

  • Dokładny monitoring w czasie rzeczywistym bez zakłócania temperatury komponentów.
  • Wykrywanie punktów przegrzania i obszarów o nieefektywnym chłodzeniu wewnątrz obudowy urządzenia.
  • Poprawa identyfikacji usterek związanych z temperaturą podczas projektowania i testowania.
  • Zwiększenie niezawodności i żywotności podzespołów elektronicznych dzięki lepszej analizie termicznej.
  • Bezkontaktowa inspekcja małych lub trudno dostępnych podzespołów elektronicznych.

Wyzwania związane z niezawodnością sprzętu testowego

electronics design validation 2Producent elektronicznego sprzętu testowego zgłasza problemy z niezawodnością swojego analizatora przebiegów, co prawdopodobnie jest spowodowane przegrzewaniem się komponentów na jednej z płytek drukowanych (PCB) w obudowie. Przeprowadzono kompleksowe badania wszystkich komponentów elektronicznych na podejrzanej płytce, aby określić ich maksymalne temperatury pracy. Płytkę następnie zamontowano na stanowisku testowym i włączono, aby odtworzyć warunki panujące podczas intensywnego użytkowania procesora.
Kluczowe komponenty mierzono termometrem kontaktowym, aby określić, czy któryś z nich pracuje powyżej swoich maksymalnych temperatur. Chociaż wszystkie mieszczą się w określonych granicach, stwierdzono, że kilka z nich pracuje blisko swoich maksymalnych temperatur.
Problemem związanym z użyciem termopar do pomiaru temperatury w bardzo małych strukturach, takich jak elementy montowane powierzchniowo (SMD), jest konieczność dokładnego odzwierciedlenia rzeczywistej temperatury elektroniki. W przypadku małych komponentów PCB masa termiczna jest dość mała. W porównaniu z tymi małymi komponentami SMD, termopara ma wystarczającą pojemność cieplną, aby wpływać na temperaturę komponentu podczas testowania. Termopara i jej okablowanie odprowadzają ciepło od elementu elektronicznego, co skutkuje niższymi odczytami temperatury niż rzeczywista temperatura elementu SMD bez termopary. W konsekwencji prowadzi to do pomiaru mniejszych amplitud temperatury w warunkach statycznych i niedokładnych odczytów dynamiki termicznej.
Wnioskuje się, że badanie temperatury wewnątrz obudowy urządzenia jest konieczne, aby uwzględnić wpływ temperatury wewnętrznej w zamkniętej obudowie na temperaturę komponentów. Zdalne pomiary temperatury są uważane za trudne ze względu na potencjalne przeszkody w polu widzenia spowodowane obudową urządzenia.

Optymalizacja pomiarów temperatury w obudowach elektronicznych za pomocą termowizji

electronics design validation 3Ogólnie rzecz biorąc, inspekcja termograficzna podzespołów i zespołów elektronicznych jest uznaną procedurą testową służącą do wykrywania awarii i zarządzania jakością, od opracowywania wstępnych prototypów po produkcję seryjną. Metoda ta wykrywa różne problemy, takie jak punkty aktywne i nietypowy rozkład temperatury na powierzchni płytek drukowanych, układów scalonych i modułów wieloprocesorowych. Zidentyfikuje zwiększone, nieprawidłowe rezystancje styków, ukryte pęknięcia w złączach, straty mocy spowodowane niedopasowaniem częstotliwości radiowych (RF), nieprawidłowe połączenia termiczne radiatorów, zwarcia oraz wady lutowania, takie jak zimne luty.
W tym zastosowaniu kamera termowizyjna, używana z materiałami przepuszczającymi promieniowanie podczerwone (IR), precyzyjnie ocenia temperaturę wszystkich krytycznych elementów płytki, jednocześnie odtwarzając typowe warunki pracy w obudowie urządzenia (chassis). Górna część pokrywy jest zdejmowana i testowana za pomocą kilku materiałów przepuszczających promieniowanie podczerwone, zaczynając od owijki Saran. Owijka Saran wykazuje wysoką przepuszczalność w zakresie podczerwieni, tłumiąc mniej niż 10% sygnału. Mimo to, owiewa ona obszar po włączeniu wentylatora urządzenia, a jej trwałość stwarza pewne problemy. Selenek cynku jest uważany za najlepsze rozwiązanie ze względu na swoją trwałość i możliwość obserwacji wizualnej. Jednak koszt okna wystarczająco dużego, aby pokryć całą płytkę drukowaną, jest zaporowy. Okna podczerwieni z fluorku wapnia, powszechnie stosowane do testowania w podczerwieni rozdzielnic elektrycznych, są najlepszym rozwiązaniem. Chociaż ich transmisja w podczerwieni jest niższa niż w przypadku ZnSe, można to uwzględnić przy uzyskiwaniu dokładnych pomiarów. Metalowe obudowy okienek podczerwieni ułatwiają ich montaż w metalowej obudowie, a ich przystępna cena pozwala kilku oknom zbierać dane o wszystkich kluczowych komponentach. Dwa urządzenia są natychmiast rozpoznawane jako pracujące w przekroczonej temperaturze ze względu na miejsce montażu obok innych urządzeń generujących ciepło i niewystarczający przepływ powietrza do odprowadzania ciepła z gorących urządzeń.

Kamera termowizyjna przewyższa termoparę w pomiarach termicznych elementów elektronicznych

Optris Xi 400 jest niewielki i łatwy w montażu na szynie umieszczonej zarówno nad, jak i pod obudową urządzenia, w której umieszczone są okna podczerwieni. Jest on nachylony, aby zoptymalizować linię widzenia ważnych komponentów. Oprogramowanie PIX Connect ułatwia konfigurowanie punktów lub małych obszarów do pomiaru najgorętszego piksela wewnątrz zamkniętych przestrzeni, bez ograniczeń co do liczby śledzonych komponentów. Dane dotyczące czasu i temperatury można łatwo gromadzić i przechowywać w plikach CSV do późniejszej analizy. Narzędzie „Gorący punkt” w oprogramowaniu jest przydatne do identyfikacji najgorętszego miejsca na płytce.

Pomiar i uwzględnienie transmisji podczerwieni przez okna ma kluczowe znaczenie dla dokładnego pomiaru temperatury, a ustawienie transmitancji w PIX Connect ułatwia pomiar transmisji poprzez porównanie temperatury obiektu bez okna z temperaturą z oknem podczerwieni, dostosowując współczynnik transmisji do momentu wyrównania temperatur. Stwierdzono również, że umieszczenie termopary kontaktowej na małym urządzeniu może obniżyć jego temperaturę poprzez odprowadzanie ciepła, co sprawia, że ​​pomiary z kamery IR są dokładniejsze niż pomiary wykonywane za pomocą termopary. Pomiary na materiałach ceramicznych i wszystkich materiałach polimerowych są dokładne, ale w przypadku metalowych puszek konieczne jest nałożenie sadzy, aby poprawić emisyjność powierzchni.

Zalecane produkty