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    热成像技术用于微电子元器件检测

    舒文 2016-01-25 09:50
      随着电路板与元件日趋变小,功能日益强大,其散发的热量可能导致电路板出现十分明显的损坏。红外热成像技术可以发现热点,改进热管理,在电路板设计方面获得重大突破。

      电子元件的耐高温性较差,这正是电子部件在不断变小的同时,电子系统工程师们力求确保部件在凉爽环境下运行的原因。由于芯片体积紧缩,其在元件内部的密度骤增,热量便成为一项无法避免的问题,这不仅体现在民用设备中,军用设备亦然如此。随后,因发热带来的种种不便俨然升级为安全问题。武装人员依靠电子部件的质量确保武器与通信系统的完整性。

      政府机构常常会斥资数百万去寻求先进的热管理技术,帮助设计工程师在降低电子元件大小、重量和功耗方面取得显著成效,以此杜绝因散热不良引发的问题。
    接触检测 VS 非接触检测
    VXI电路板设计工程师曾经历过大规模的退货问题,客户普遍对电路板的过热缺陷提出投诉。工程师们使用模拟模型,确定应在何处设计散热片和增设风扇,以达到散热目的。在质检与质评阶段,他们曾尝试在电路板上安装热电偶,希望发现潜在的设计问题。经过多次努力后,最终选择使用红外热像仪对电路板进行扫描检测。

      FLIR美国国内销售总监Chris Bainter表示,红外热像仪的优势要高于热电偶。
      他提到:“首先,当不清楚热点位于何处时,如何确定热电偶的安装位置?设想在电路板上安装数以百计的探针。这不太现实,徒劳无获而已。”Bainters随身携带FLIR的一款红外热像仪到访了生产基地。当他打开热像仪,对准电路板时,热点随即映入眼帘,它们并不只是单纯存在于散热片、风扇或热电偶附近。

      Bainter解释说:“看到热图像的第一眼,我们便能精确判断电路板上温度最高的热点在何处,哪一块芯片的温度最高。”

      知道在何处开始故障检测仅仅是第一步。红外热像仪在设计电路板热管理系统方面同样可提供建设性参考。在这款特定的电路板设计中,工程师们意识到了风扇与散热工具并未安装在最热的元件附近。

      由此提出这样一个问题:这些真的有必要吗?或换言之,工程师是否为那些不再需要的重量和和功耗设计了热管理元件?了解设备的真实热属性以及散热能力是改进模拟模型、优化整体设计、加速样机研究的关键。

    元件体积不断减小

      随着元件体积的不断缩小,面临的发热问题急剧增加。设想一下,从尺寸约为9”x13”的VXI电路板至智能手机仅几百微米的单个组件。此尺寸的组件甚至无法容纳一个测热用的热电偶。而且,解决方案需要附加一根与热电偶类似,但体积略小于热电偶的RTD探针,这根略小的探针相当于一块散热片,即便体积很小,也会影响测热效果。

      Bainter解释道:“以接触的方式对极小元件进行温度测量的挑战性极高,几乎不太可能。当元件体积足够小时,探针可能会影响设备的热灵敏性。”在这种情况下,红外热成像的非接触式测温就变得十分必要了。

      电子元件工程师与生产商对红外热像仪的另一项常见应用是检测热点,用于故障分析。此时,发现会导致细微热差异的细小热点比测量绝对温度更为重要。这些热点将成为设备故障的指示性参数。当有源热像仪正常运行时,一种称为“锁相热成像”的技术会将热像仪的灵敏度增加10倍,使之更容易检测到细微的热点。

      红外检测还能发现锡焊焊接不足之处,有助于质量保证。焊接不牢会增加焊接点的电阻,导致温度升高,从而轻松被红外热像仪检测到。故障电路板的温度曲线不同于良好电路板,由此可确定电路板合格与否。

    热电偶的热图像

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