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组装电路板的温度测量

应用案例

Temperature measurement on circuit boards with IR thermometers

采用红外测温的组装电路板功能测试

由于部件的生产率日渐提高,越来越多的电子元件与电路板制造商都转而使用非接触测温。通过采用现代红外测温装置,可以在不影响被测物体的情况下获得热性能数据,并对其进行优化。

红外摄像机用于对电子部件进行精确的热分析(例如在某些情况下,不只存在一个关键部件,同时还无法对该部件予以明确说明)。该摄像机能够在所显示的热像图上定位具体的弱点。

Assembled circuit board recorded with the thermal imager optris PI160
采用欧普士PI160红外热像仪来记录数据的组装电路板

在红外热像仪的辅助下,可以实现对组装电路板(用于研发领域或批量生产)热性能数据的详细实时分析。借助标准的USB2.0接口,可实现120 Hz的录像。这点尤其适用于出现时间短、并且随后需要慢镜头分析的热活动。此外,还可以在包含所有几何分辨率与热分辨率的录像中截取单个图像。

随后的分析是在高效软件中完成的;该软件支持任何测定点与用户自定义的矩形范围。对于报警、温度最高值/最低值/平均值等,均可进行定义和显示。除了录像功能之外,该软件还支持对抓拍的记录与存储。

欧普士PI 160红外热像仪包含160 x 120或19.200像素的微型单个探测器,作为芯片上的矩阵(焦平面阵列,英文缩写为FPA)。这种未冷却的微测辐射热仪微测辐射热仪FPA探测器是一种以图像引导的部件。

测辐射热仪属于热探测器的分组之一。因其电阻器具有良好的耐热性,故而广受青睐。当使用敏感元件吸收热辐射时,测辐射热仪的电阻变化引起了信号电压的下降。采用快速14位模数转换器,能够实现对放大后的序列化视频信号的数字化。通过数字信号处理,计算出每个像素的温度值,并即时生成常见的假彩色图像。

随后,微测辐射热仪FPA探测器与高性能光学器件相结合,从而实现对不同测量距离及尺寸的调整。探测器上的小像素尺寸使得即便是对50 μm左右的小尺寸物体(例如用于功能测试的最小的SMD部件)而言,也能够显示出其热过程。对小至0.5 mm的元件,也能实现精确的测温。摄像机具有0.08 K的热灵敏度,因此可以很好地呈现温度细节。

除摄像机之外的选择方案


考虑到较多的产品与测试站数量,对红外摄像机的使用会耗费大量财力。为了对生产设备中的关键部件进行连续生产控制,可以使用红外测温仪作为替代性的温度监测方案。使用欧普士CT LT测温仪的红外温度传感器,可以依据那些能重复投入连续生产的关键部件的测温点(在电路板上的位置),对其进行监测。随后,测温结果被传送至测试站程序,以进行后续决策。

用于连续控制的微型红外测温仪


现代生产技术不仅降低了生产流程的成本费用,还促使研发出了红外测温仪在具体设备上的多种用途。欧普士CT LT微型红外测温仪主要用于诸如组装电路板的检查等实际应用中。该仪器是全球最小的红外测温传感器之一,其线性输出可覆盖-50°C至975 °C的温度范围。

Infrared thermometer during temperature measurement of assembled circuit board

这种小尺寸的传感器包含一个微型的红外传感器探头(14 mm x 28 mm)和一个独立的电子盒。其中,微型的红外传感器探头可用于狭窄的环境,故而对于因空间受限而无法使用非接触测温的测试站来说,这种传感器探头在此尤为适用。

传感器探头带有一个坚实的不锈钢外壳(IP65),该设计是为了使其能够在无需额外冷却的条件下,用于高达180°C的环境中。具有精确分辨率的光学器件(距离与测定点之比为:22:1)可针对测试站中的安装点提供灵活选择。除此之外,其亮点还在于能够使用小尺寸的附加透镜来测定最大不超过0.6 mm的物体。

判读单子元件(IP65)支持多种信号处理方式。所测得的电路板温度信号可通过线性的0-20 mA、4-20 mA、0-10 V或热电偶输出提供给操作员。带有LCD显示屏的内置控制面板可实现对信号处理方式的选择,以及对组装区的参数调整。借助内置的USB或RS232接口(在PC或Laptop-PC上可用),可以实现编程。为了运行现有数据,还提供了多种可寻址的接口,诸如RS485接口或 CAN-Bus、Profibus DP、以太网和报警继电器。