Validierung von Elektronikdesigns durch radiometrische Infrarotmessungen

Zuverlässigkeitsprobleme bei Testgeräten: Überhitzung von Leiterplattenkomponenten im Fokus

Ein Hersteller von elektronischen Testgeräten hat Zuverlässigkeitsprobleme mit seinem Wellenform-Analyser, die vermutlich durch überhitzte Komponenten auf einer der Leiterplatten (PCBs) im Gerätegehäuse verursacht werden.

Umfassende Untersuchungen werden an allen elektronischen Komponenten auf der verdächtigen Leiterplatte durchgeführt, um deren maximale Betriebstemperaturen zu ermitteln. Die Leiterplatte wird anschließend auf einem Prüfstand montiert und unter Strom gesetzt, um die Bedingungen bei prozessorintensiver Nutzung zu simulieren. Wichtige Bauteile werden mit einem Kontaktthermometer gemessen, um festzustellen, ob sie über ihren maximalen Temperaturen arbeiten. Obwohl alle innerhalb der spezifizierten Grenzwerte liegen, wird festgestellt, dass mehrere Komponenten nahe an ihren maximalen Temperaturen betrieben werden.

Das Problem bei der Verwendung von Thermoelementen zur Temperaturmessung an sehr kleinen Strukturen, wie einem Surface-Mount Device (SMD), liegt darin, dass sie die tatsächliche Temperatur der Elektronik präzise widerspiegeln müssen. Bei kleinen PCB-Komponenten ist die thermische Masse äußerst gering. Im Vergleich dazu besitzt ein Thermoelement genügend thermische Kapazität, um die Temperatur des Bauteils während der Prüfung zu beeinflussen. Das Thermoelement und seine Verdrahtung führen Wärme vom elektronischen Bauteil ab, was zu niedrigeren Temperaturwerten führt als die tatsächliche Temperatur des SMD-Bauteils ohne Thermoelement. Folglich werden geringere Temperaturamplituden unter statischen Bedingungen gemessen, und die Messung der thermischen Dynamik ist ungenau.

Es wird festgestellt, dass Temperaturtests im Gerätegehäuse notwendig sind, um den Einfluss der internen Temperaturen in einem geschlossenen Gehäuse auf die Bauteiltemperaturen zu berücksichtigen. Ferntemperaturmessungen werden als schwierig eingestuft, da die Gehäusestruktur mögliche Sichtlinien blockieren kann.

Infrarotkamera übertrifft Kontakt-Thermoelement bei der Temperaturmessung elektronischer Bauteile

Die Optris Xi 400 ist kompakt und lässt sich einfach an einem Schienensystem montieren, das oberhalb und unterhalb des Gerätegehäuses an den IR-Fenstern positioniert wird. Sie wird so ausgerichtet, dass die Sichtlinie zu den wichtigsten Komponenten optimiert ist. Die PIX Connect Software ermöglicht es, Spots oder kleine Bereiche einzurichten, um das heißeste Pixel im geschlossenen Bereich zu messen – ohne Begrenzung der Anzahl zu überwachender Komponenten. Zeit-/Temperaturdaten lassen sich einfach erfassen und als CSV-Dateien zur späteren Analyse speichern. Das „Hot Spot“-Werkzeug in der Software ist nützlich, um die heißeste Stelle auf der Leiterplatte zu identifizieren.

Das Messen und Berücksichtigen der IR-Transmission durch die Fenster ist entscheidend für genaue Temperaturmessungen. Die Transmissionseinstellung in PIX Connect erleichtert die Bestimmung der Transmission, indem die Temperatur eines Ziels ohne Fenster mit der Temperatur desselben Ziels mit IR-Fenster verglichen und der Transmissionsfaktor so angepasst wird, dass beide Werte übereinstimmen. Es wird außerdem festgestellt, dass ein Kontaktthermoelement auf einem kleinen Bauteil dessen Temperatur senken kann, da es Wärme vom Bauteil ableitet – wodurch die Messungen der IR-Kamera genauer sind als die eines Thermoelements. Messungen auf keramischen und polymerbasierten Materialien sind präzise, während auf Metallkapseln Ruß (carbon black) aufgetragen werden muss, um die Oberflächenemissivität zu verbessern.