紅外熱象儀在電路板質(zhì)量管理中的運(yùn)用

紅外測(cè)溫儀案例 ETG－SH030001

項(xiàng)目單位：天津一汽豐田汽車 儀器設(shè)備：NEC TH9100N 時(shí)間：2009-1

一、背景應(yīng)用

早在六十年代, 美空軍就開始了應(yīng)用紅外技術(shù)進(jìn)行電子設(shè)備故障診斷的研究; 到了七十年代, 休斯航空公司已設(shè)計(jì)和開發(fā)了一系 列利用紅外技術(shù)對(duì)電路板進(jìn)行故障檢測(cè)和隔離的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng), 但 僅能向測(cè)試人員提供故障區(qū)域; 直到八十年代, 高性能紅外熱像儀 和圖像處理技術(shù)的發(fā)展, 在使用熱成像技術(shù)對(duì)電路板進(jìn)行故障檢測(cè) 和診斷方面才有了較大的發(fā)展, 對(duì)熱模式故障具有很強(qiáng)的診斷能力。

自然界一切溫度高于JD零度的物體,每時(shí)每刻都在輻射出具有 載體特征信息的紅外輻射。斯忒藩- 玻耳茲曼定律指出, 從物體表面 輻射出的全部能量由物體的熱力學(xué)溫度和發(fā)射率決定。焦?fàn)?2 楞次定 律告訴我們: 任何有一定阻值的電子元件, 當(dāng)其通過一定的電流時(shí)就 要消耗功率, 引起元件溫度升高, 其中相當(dāng)一部分熱量將轉(zhuǎn)化為紅外 輻射的形式。散發(fā)出去。 當(dāng) IC 通過插件板初始輸入端加上電源或施 加激勵(lì)后, 用紅外熱成像就可以看見板上 IC 產(chǎn)生的紅外輻射, IC 的 熱輻射表征了其電氣狀態(tài)和電路結(jié)構(gòu)特性。一旦 IC 發(fā)生故障, 通常 板上元件的功耗也會(huì)變化, 從而改變 IC 插件板的紅外熱像, 通過觀察和分析熱像的變化就可以檢測(cè)和定位電路的故障。

電子電路的故障一般分為短路、斷路和接觸不良。電路正常工作 與帶故障時(shí)，電子元件所發(fā)出的紅外線是不一樣的，也就是說電路正 常工作時(shí)，電路板熱成像與有故障的電路板熱成像有很大區(qū)別。當(dāng)電 子元件發(fā)生故障時(shí)，有兩種情況：一是短路，短路時(shí)電流較大，元件 較熱，其紅外線輻射量大，此時(shí)熱成像較正常是紅外成像變化很大； 二是當(dāng)元件斷路（接觸不良）時(shí)，流過元件的電流值幾乎為零，所以， 元件溫度較正常工作時(shí)低，幾乎沒有紅外輻射，此時(shí)，熱成像與正常 時(shí)熱成像差別較大。利用這一原理很容易的就判斷出電子電路故障點(diǎn)。

紅外熱成像為測(cè)試人員提供了一種獨(dú)特的 IC 測(cè)試方法, 通過一 次紅外掃描成像, 即可獲取板上每個(gè) IC 的功耗值, 并變成可視信息 供測(cè)試人員進(jìn)行故障診斷。

紅外 PCB 圖像

紅外 PCB 圖像

紅外 PCB 圖像

二、熱成像檢測(cè)電路故障方法

施加激勵(lì): 在進(jìn)行熱像采集前規(guī)定的時(shí)間內(nèi), 給被測(cè) IC 板施加正常 工作時(shí)所需要的電源和必要的激勵(lì)信號(hào), 為獲取可視熱像作準(zhǔn)備。熱 像采集: 在被測(cè)件到達(dá)要求的預(yù)熱時(shí)間時(shí), 啟動(dòng)熱像數(shù)據(jù)采集程序以 確定的溫度分辨率對(duì)視場(chǎng)內(nèi)被測(cè)件的紅外熱輻射進(jìn)行采集, 并把相 關(guān)的信息 ( 如環(huán)境溫度、溫度分辨被測(cè)件代號(hào)等) 寫入熱像數(shù)據(jù)中。 熱像校正: 由于熱像頭成像的不穩(wěn)定, 常使每次采集到的熱像存在微 小的漂移,為保證數(shù)據(jù)的可靠性,必須對(duì)熱像進(jìn)行位置校正。 熱像處理（可選）: 熱像信號(hào)雖然經(jīng)過硬件電路的放大和濾波, 但采 集到的熱像數(shù)據(jù)中仍會(huì)存在噪聲干擾, 應(yīng)選擇有效的算法進(jìn)行軟件濾波, 必要時(shí)還可以進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理。

熱像顯示: 在熱像采集時(shí)能以單色或灰度實(shí)時(shí)顯示熱像數(shù)據(jù), 經(jīng)數(shù)據(jù)加工后可以進(jìn)行Z多 256 種偽彩色顯示。

熱像存貯: 無論原始熱像數(shù)據(jù)還是處理過的數(shù)據(jù)及其有關(guān)信息, 均可 以數(shù)據(jù)文件的形式保存, 以便存檔備用。

標(biāo)準(zhǔn)熱像: 在確定測(cè)試對(duì)象后, 必須對(duì)多個(gè)樣品正常工作時(shí)所產(chǎn)生的熱像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均作為標(biāo)準(zhǔn)熱像, 從而在故障發(fā)生時(shí)通過對(duì)比找出 差別。

熱像比較: 把被測(cè)件的實(shí)測(cè)熱像和其標(biāo)準(zhǔn)熱像同時(shí)顯示, 供測(cè)試人員 觀察比較, 而且可以求出并顯示二者差值、和值熱像。

電路位圖: 主要顯示被測(cè) IC 板上元件布局和簡明資料, 如芯片型 號(hào)、位置、正常工作溫度等, 供測(cè)試人員參考。

熱像分析: 向測(cè)試人員提供了單點(diǎn)溫度、平均溫度、剖面溫度測(cè)量等多種方法, 還能進(jìn)行熱像放大, 以及直接在熱像上顯示出元件的熱 圖、形狀和位置。參照電路位圖資料確定異常部位。

三、案例資料

汽車組裝中需要高速對(duì)流水線上產(chǎn)品進(jìn)行在線檢測(cè)，同時(shí)，電路 板在現(xiàn)代汽車部件中占到了一定的比重，電路板的質(zhì)量控制也成為對(duì) 整部汽車的質(zhì)量控制的一個(gè)重要組成部分。

一汽豐田此次購買的兩臺(tái)紅外熱象儀-TH7800N 即是用于對(duì)一汽生產(chǎn) 車間中的電路板元件進(jìn)行檢測(cè)。保證流水線上及組裝過程中電路板的 質(zhì)量，從而提高質(zhì)量。

四、結(jié)論

客戶的兩臺(tái) TH9100 在調(diào)試與安裝之后成功的應(yīng)用于生產(chǎn)，獲得 了客戶的肯定。