Elektroniikan lämpökuvausta tehokkaasti ja edullisesti

Lämpökuvaus elektroniikan tuotekehityksessä

Lämpökameran käyttö elektroniikan lämpökuvauksessa on erityisen hyödyllistä. Lämpökameralla saadaan hetkessä selville elektroniikkapiirilevyn lämpötilajakauma, jolloin havaitaan ylikuumentuneet paikat. Tuotekehityksen välivaiheita voidaan tutkia ottamalla lämpökuvat aina kun uusi versio on valmistunut. Lämpökuvauksen avulla voidaan saada selville vikaantuneita kohtia ja myös ennustaa vikaantumisia. Usein myös elektroniikan komponentit ovat niin pieniä, että mikään muu menetelmä ei anna oikeaa tulosta. Esimerkiksi termopari on liian suuri ja vaikka olisikin sopivan kokoinen, mitattavan kohteen lämpötila muuttuu, kun siihen kosketaan.

Elektroniikan lämpökuvauksessa olennaisia asioita ovat

  1. Kuinka pieniä komponentteja on tarkoitus kuvata?
  2. Onko tarkoitus havaita kuuma piste, mitata komponentin lämpötila luotettavasti vai tutkia
    komponentin lämpötilajakaumaa.
  3. Kuinka kaukaa on tarkoitus kuvata?

Näihin kysymyksiin vastaamalla voidaan valita sopiva lämpökamera, resoluutio ja optiikka.

Edulliset lämpökamerat

FLIR:in käsikäyttöiset lämpökamerat sopivat elektroniikan lämpökuvaukseen erityisen hyvin, koska niiden 42° ja 24° asteen optiikoilla voidaan kuvata niinkin läheltä kuin 15 cm päästä. 

Jo edullisimmilla FLIR E53 ja E75 -lämpökameroilla pienetkin komponentit ovat ainakin yhden pikselin kokoisia, kun kuvataan minimietäisyydeltä. Kuumat pisteet tulevat näkyviin ja suurempia komponentteja voi jo mitata luotettavasti. Pikselikoko 15 cm päästä E53:lla on 270 µm / 0.27 mm ja E75:llä 200 µm / 0.20 mm.

Näissä lämpökameroissa on standardi jalustakierre, jolla ne saa kiinni kamerajalustaan. Tällöin ne toimivat kiinteänä kamerana ja kuvattava elektroniikka voi olla pöydällä. Kameran voi kytkeä USB:llä tietokoneeseen, jossa kuvaa voi tarkastella isommalta ruudulta. Lämpökuvat ja –videot voi myös tallentaa suoraan PC:lle. Joskus kuvattava elektroniikka on asennettu kaappiin, telineeseen tai räkkiin, jolloin on hyvä päästä kuvaamaan käsivaralta ja siihenhän nämä kamerat on tehty.

FLIR ETS320 taas on varta vasten elektroniikan lämpökuvaukseen tehty edullinen 320 x 240 resoluution lämpökamera, joka on varustettu säädettävällä jalustalla. Tämä tekee kuvaamisesta nopeaa ja helppoa. Kameran voi kytkeä USB:llä tietokoneeseen, jossa kuvaa voi tarkastella isommalta ruudulta. Lämpökuvat ja –videot voi myös tallentaa suoraan PC:lle. ETS320:n kuvausetäisyys on 6-7 cm, jolloin päästään noin 170 µm / 0.17 mm pikselikokoon.

Esimerkkikuvat ja videot

Kuvattava kohde oli piirilevy, johon on juotettu neljä SMD resistoria. Niiden läpi kulki pieni virta, joka sai ne lämpenemään ja näkymään selvästi lämpökuvassa. Kuvat otettin 15 cm päästä E53 ja E75-kameroilla. ETS320:n kuvausetäisyys oli 7 cm.

Kuvattava kohde oli piirilevy, johon on juotettu neljä SMD resistoria, joiden koot vasemmalta oikealle 1206, 0805, 0603, 0402. Resistorien läpi kulki pieni virta, joka sai ne lämpenemään ja näkymään selvästi lämpökuvassa. Valkoinen maali on korjauslakkaa, jolla voidaan tehdä emissiivisyyskorjaus. Kuvat otettin 15 cm päästä E53 ja E75-kameroilla. ETS320:n kuvausetäisyys oli 7 cm.

FLIR E53:llä otettu lämpökuva. Kaikki komponentit näkyvät kuvassa ja kahdesta suurimmasta voisi mitata lämpötilankin luotettavasti. Videolla (alla) näkyy komponenttien lämpeneminen ja jäähtyminen.

FLIR E75:llä otettu lämpökuva. Kaikki komponentit näkyvät kuvassa ja kaikista paitsi aivan pienimmästä voisi mitata lämpötilankin luotettavasti. Videolla (alla) näkyy komponenttien lämpeneminen ja jäähtyminen.

FLIR ETS320:llä otettu lämpökuva. Kaikki komponentit näkyvät kuvassa ja kaikista paitsi aivan pienimmästä voisi mitata lämpötilankin luotettavasti. Videolla (klikkaa kuvaa) näkyy komponenttien lämpeneminen ja jäähtyminen.