使用熱敏攝像頭進(jìn)行PCB診斷

可能有一段時(shí)間，當你第一次打開(kāi)一個(gè)新制造的樣機時(shí)，卻發(fā)現你已經(jīng)達到了實(shí)驗室電源的電流限制。即使你把電流限制增加到超過(guò)你所期望的電路板所能消耗的電流，實(shí)驗室的電源仍然是有限的。如果安全的話(huà)，你可以用手指在木板上戳來(lái)戳去，但是你摸不到任何摸上去很燙的零件。此外，用萬(wàn)用表四處探測不會(huì )發(fā)現任何短路、意外低電阻或顯著(zhù)的電壓降。那么，下一步你能做些什么來(lái)追蹤新原型的問(wèn)題在哪里？如果你發(fā)現了這篇文章的標題，你可能已經(jīng)猜到答案是使用熱相機。

與笨手笨腳的人類(lèi)手指不同的是，熱相機可以檢測出視野中微小的溫差。這允許您快速識別任何消耗電流的組件。電路板的任何部分或區域都會(huì )產(chǎn)生熱量，這些熱量很容易被熱攝像頭捕捉到。

作為一個(gè)例子，下面是一個(gè)隔離調節器的熱圖像，它在5 V下的電流超過(guò)100 mA。在圖片的右上角，我們可以看到一個(gè)限流電阻和一個(gè)LED。LED的電流僅為5.2毫安，在較冷的電路板背景下，以及為其提供電流的軌道，仍然可以很容易地識別出來(lái)。

使用熱相機，我們還可以看到熱傳遞到其他層的情況。例如，下面是電路板底部的熱圖像，上面顯示了一個(gè)電壓調節器。運行幾分鐘后，您可以清楚地看到板和銅多邊形吸收的熱量。

熱相機也提供了好處，一旦你的電路板啟動(dòng)和運行，允許你密切監測一個(gè)電源設備，如下面所示的開(kāi)關(guān)模式調節器，與一個(gè)相對較大的感應器。這是一個(gè)很好的功能，你可以清楚地看到在****率的區別，黑色環(huán)氧樹(shù)脂體的感應器和白色的文字打印在它下面的圖片。

看上面的圖片，我們可以清楚地看到調節器IC上也有一個(gè)溫度梯度。

上面是從另一個(gè)角度看調節器的熱圖像，顯示調節器IC上的溫差為2℃。這是因為集成電路的右側與大型銅澆口的銅連通性明顯高于左側，如下圖所示。

許多處于價(jià)格區間低端的熱敏相機的一個(gè)問(wèn)題是它們有固定的焦距。這些固定聚焦的熱光學(xué)元件很難處理離鏡頭很近的物體，例如PCB。它們通常更多地用于建筑檢查應用，而不是用于檢查距離僅幾英寸/厘米的對象。

我的Altium社區的一位成員報告說(shuō)，他們使用廉價(jià)的激光切割鏡頭作為相機的對焦元件，而且效果很好。所以，我想我會(huì )用我相對便宜的相機試試這個(gè)技術(shù)。我已經(jīng)有了激光切割機和一些備用鏡片，所以這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的測試。和他們的相機相比，我的相機不太容易配上一個(gè)額外的鏡頭。然而，使用一點(diǎn)膠帶很快讓我嘗試了這個(gè)想法，它產(chǎn)生了奇跡，給了我一個(gè)臨時(shí)的安裝，直到我能找到更永久的東西。

激光切割鏡片有各種直徑和焦距。正確的透鏡直徑相對簡(jiǎn)單；它只需要和相機鏡頭一樣寬。焦距是指鏡頭需要離物體多遠才能獲得焦距。在本文中，我使用的是2英寸焦距的鏡頭，但是3英寸或4英寸的鏡頭可以讓你更好地了解整個(gè)電路板。1.5英寸透鏡也很常見(jiàn)，如果需要觀(guān)察單個(gè)小型無(wú)源元件產(chǎn)生的熱量，則可以非常仔細地觀(guān)察電路板的特定部分。如果您使用0402或更小的組件，這將是完美的。

雖然熱相機絕對是極好的診斷工具，但它們只能用來(lái)觀(guān)察****性材料，而不是長(cháng)波紅外反射的材料。

大多數金屬、玻璃和高光澤材料都能反射紅外光。為了從你的熱相機獲得最準確的讀數，你需要把整個(gè)電路板噴涂成啞光黑色，因為這樣會(huì )使整個(gè)電路板具有一致的****率。焊點(diǎn)、鋁電容器、金屬引線(xiàn)和金屬連接器屏蔽都將以近乎完美的水平反射紅外光。這意味著(zhù)你只能得到物體反射的熱量的溫度讀數。如果我只需要為了調試目的快速閱讀，我會(huì )用膠帶把板上最突出的金屬物體覆蓋起來(lái)。蒙版膠帶仍然會(huì )變熱并****紅外能量供熱相機拾取，之后很容易取下。您也可以使用彈性包裝薄膜（如Stretchlon）對電路板進(jìn)行真空包裝，或者在電路板上使用可剝離的焊接掩模，具體取決于您的具體要求。