Odpoveďou na uvedené výzvy môže byť použitie tepelných zobrazovacích zariadení a termokamier. Tie vďaka vysoko výkonným polovodičom pomáhajú návrhárom dosiek a systémov alebo pri odlaďovaní výkonovej elektroniky tým, že rýchlejšie identifikujú problémové oblasti. Tepelné zobrazovanie je tiež užitočné v priemyselnom prostredí na identifikáciu horúcich miest, na odstraňovanie problémov spôsobených teplom a na riadenie odvodu tepla. Takýmto spôsobom možno napríklad vo fáze výskumu a vývoja kontrolovať prototypové dosky s cieľom nájdenia porúch. Teplo generované komponentmi môže naznačovať zhoršenie situácie. Napríklad procesor, ktorý je veľmi horúci a pritom by mal byť v režime nízkej spotreby, by mohol poukazovať na problém so softvérom alebo hardvérom. Termokamery dokážu zobraziť aj to, keď sú komponenty chladnejšie, ako sa očakávalo, napríklad keď nie sú správne napájané alebo prepojenia na doske plošných spojov (PCB) sú poškodené. Termokamery pri navrhovaní systémov umožňujú technikom analyzovať odvod tepla a uistiť sa, že prebieha účinne. V priebehu opravy sú navyše ideálne na identifikáciu mnohých problémov s poškodenými doskami plošných spojov.

Termokamery môžu detegovať nedostatky aj v navrhnutých súčastiach. Sú to komponenty, ktoré dosahujú limit svojej tepelnej kapacity a mali by byť nahradené výrobkom s vyšším výkonom. Môžu byť použité aj na zistenie poškodenia komponentov. Bez tepelnej kamery možno zlyhanie komponentu odhaliť len vtedy, keď sa už objaví dym. Kamery môžu odhaliť aj nesprávne spájkovanie, kde chybne spájkované spoje zabraňujú pretekaniu prúdu, alebo vo výkonovej elektronike, kde odpor spájkovaného spoja alebo konektora spôsobuje rozptýlenie tepla. Užitočné sú aj na detekciu prerušených spojení a prepólovania. Termokamery sú v konečnom dôsledku skvelým nástrojom pri práci s kompletnými systémami, aby sa zistilo, kde dochádza k stratám mechanickej energie, napríklad vo výrobnom systéme, kde dochádza k treniu v ložisku alebo v páse. Môžu byť použité nielen na identifikáciu problémov, ale aj pri rozhodovaní o výkone preventívnej údržby.

Z uvedených dôvodov sa infračervené kamery často využívajú v elektronickom priemysle a ukázali sa ako veľmi prínosné vo výrobných a diagnostických oblastiach. Schopnosť termografie kontrolovať malé objekty s nepravidelnými tvarmi a určiť tepelné vlastnosti a teplotu na diaľku prináša výhody pre elektrotechnikov a technikov. Existuje veľa chýb súvisiacich s návrhom a výrobou, ktoré sa prejavujú zvýšenou teplotou pred vznikom vážnejších situácií. Tepelné kamery tak môžu rýchlo identifikovať elektrické nedostatky predtým, ako sa objaví dym. To všetko môže pomôcť zvýšiť efektivitu výroby, skrátiť čas uvedenia na trh a vyhnúť sa nákladným opravám a pozáručným problémom.

Termokamery by sa mali používať pri výrobe dosiek plošných spojov počas projektovania a testovacej fázy. Pri navrhovaní obvodov môžu inžinieri použiť infračervené zariadenie na monitorovanie tepelných charakteristík určitých komponentov a na základe svojich zistení vykonávať úpravy návrhu. Počas testovania môžu termokamery nájsť problémy, ako napríklad nesprávne zaspájkovanie obvodov, prerušené spojenia medzi komponentmi, kolísanie napájania v dôsledku oddialených elektród, chýbajúce alebo nesprávne zaspájkované komponenty, prepólovanie komponentu a umiestnenie chybných komponentov, ktoré zapríčinia prehrievanie obvodu.

Neizolované dosky plošných spojov vyrobené zo sklenených vlákien a živice musia byť zatavené v peciach s teplým vzduchom. Tieto dosky zvyčajne pozostávajú z viacerých vrstiev a niekoľkokrát sa musia vyhrievať, aby sa vytvrdila každá vrstva. Teplota, pri ktorej sú tieto vrstvy zahrievané, je dôležitá a ak nie je správna, môžu sa dosky zničiť a musia byť zošrotované. Keďže výrobcovia dosiek majú nízke marže, tento odpad môže ovplyvniť zisk. Termokamery dokážu merať teplotu dosky počas vytvrdzovania a zabezpečiť tak lepšiu reguláciu teploty.

Úzkym miestom pri výrobe integrovaných obvodov môže byť fáza spájania vodičov. Je to spôsobené vysokým počtom zvarov, takže treba kontrolovať ohrev a chladenie. Teplota, pri ktorej sa drôty zvárajú na integrovaný obvod, je odvodená od priemeru a materiálu drôtu. Výrobcovia integrovaných obvodov by mali monitorovať tepelný profil, ako aj teplotu procesu pred pripojením drôtov k integrovanému obvodu aj potom. Umožní im to zvýšiť produktivitu pomocou nastavenia času zvárania na základe údajov zhromaždených z tepelného monitorovania procesu. Okrem toho im to umožní znížiť odpad, pretože sa zničí menej integrovaných obvodov následkom vysokej teploty a menej dosiek plošných spojov sa znehodnotí v dôsledku chybného spájkovania.

Kamery v akcii

Dobrým príkladom užitočnosti termovíznych kamier je firma Test srl, ktorá už dlhé roky používa termokamery Flir. Spoločnosť má kompletne vybavené laboratórium, kde technici opravujú, testujú a kalibrujú širokú škálu elektronických zariadení vrátane dosiek plošných spojov, napájacích zdrojov a osciloskopov. Termokamery sú ich každodennými spoločníkmi. Tepelné zobrazovanie sa využíva na monitorovanie úrovne teploty elektronických súčiastok a zariadení, ktoré fungujú nezávisle alebo ako súčasť zložitejších elektronických prístrojov. Elektronické komponenty a zariadenia môžu byť namáhané prehriatím vždy, keď porucha alebo nesprávne fungovanie ovplyvňuje samotné komponenty alebo obvody, ktorých sú súčasťou. Väčšinou treba vymeniť prehrievané alebo chybné zariadenie. Ide o rýchlu a bezpečnú metódu na rýchle a presné lokalizovanie elektrických problémov a chýb.

Jedným z najnovších produktov firmy Flir je termokamera ETS320 na testovanie elektroniky v technickom prostredí. Kamera Flir špeciálne určená na stolové práce pri testovaní a analýze tepelných charakteristík elektronických súčiastok a dosiek plošných spojov je ako prvá zameraná na zvýšenie presnosti testovania a diagnostiky v elektronickom priemysle. Kamera spája vysoko citlivú termokameru – navrhnutú na kontrolu dosiek plošných spojov a iných elektronických zariadení – s nastaviteľným stolom bez nutnosti ručného ovládania, ktorý poskytuje konzistentné, bezkontaktné tepelné testovanie v celom procese návrhu, vývoja a výroby elektroniky. Ponúka viac ako 76 000 bodov merania teploty, môže sledovať spotrebu energie, detegovať horúce miesta a identifikovať potenciálne body poruchy počas vývoja produktu. Vysoká presnosť merania kamery a jej schopnosť zobraziť malé teplotné rozdiely pomáha vyhodnocovať tepelný výkon, zabezpečiť kompatibilitu so životným prostredím a riešiť problémy so širokou škálou elektronických výrobkov.

Spoločnosť Fluke nedávno predstavila aj ďalšie produkty, ako je teplotný zobrazovací systém Fluke TiS20 a tepelný snímač TiX500, ktorý využíva systém Fluke Connect. Technici môžu bezdrôtovo synchronizovať obrázky priamo z kamery do nástrojov a softvérovej aplikácie Fluke Connect a pripojiť ich k záznamu o produkte alebo k pracovnému príkazu. Prístup k záznamom o údržbe súčasne na mieste kontroly a z kancelárie alebo vzdialene umožňuje rýchlejšie rozhodovanie a spoluprácu v reálnom čase medzi členmi tímu. Používatelia tiež môžu prehrávať obraz z kamery na smartfóne alebo PC a ovládať kameru na diaľku.

Modely Fluke TIS20 9Hz sú termokamery s pevným zaostrením s rozlíšením 120 x 90 detektorov. Táto infračervená kamera je navrhnutá na výkon s funkciami, ktoré pomáhajú používateľom ľahko a rýchlo identifikovať problémy skôr, ako sa stanú nákladnými poruchami. Má LCD displej s uhlopriečkou 8,9 cm, rozlíšením 320 x 240 pix a zabraňuje neočakávanej strate napájania pomocou vymeniteľných inteligentných batérií a indikátora úrovne nabitia LED.

Záver

Termokamery môžu pomôcť technikom urýchliť vývojový proces tým, že veľmi rýchlo identifikujú problémy s prototypovými doskami plošných spojov. Použitie týchto nástrojov môže zlepšiť návrh chladenia a tepelného riadenia. Dokážu tiež pomôcť identifikovať chyby pri opravách dosiek.

Ankur Tomar
Farnell element14
www.element14.com