紅外熱成像解決電子電路檢測(cè)難題

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在電子電路中，溫度一直是一個(gè)非常重要的參數(shù)，絕大多數(shù)器件的可靠性都和其溫度特性相關(guān)。哪怕是極其微小的器件溫度變化，都可能對(duì)電子電路的運(yùn)行造成很大的影響，而過(guò)熱則很大概率引發(fā)主板故障。

由于黑體輻射的存在，任何物體都依據(jù)溫度的不同對(duì)外輻射，熱紅外成像通過(guò)熱紅外敏感CCD對(duì)物體進(jìn)行成像，能反映出物體表面的溫度分布圖像。紅外熱像儀的引入，打開了溫度視覺(jué)的入口。

紅外熱成像背后的技術(shù)支持

紅外熱像儀的優(yōu)劣從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，主要集中在探測(cè)芯片、圖像算法和測(cè)溫算法三個(gè)層面。紅外熱像儀中的紅外芯片采用不同的熱敏材料制成，常見(jiàn)的有氧化釩（VOx）和非晶硅（α-Si）兩種材料。

紅外探測(cè)芯片一個(gè)很重要的指標(biāo)是像元間距，該指標(biāo)直接影響到成像儀可以實(shí)現(xiàn)的像素水準(zhǔn)。目前市面上常用的紅外熱像儀普遍使用的紅外探測(cè)芯片像元間距是17μm。17μm可以說(shuō)是兩種材料紅外探測(cè)芯片的分水嶺，因?yàn)樵诖讼裨g距下，氧化釩和非晶硅性價(jià)比是差不多的，氧化釩的高質(zhì)量成像優(yōu)勢(shì)但更貴，非晶硅成像能力弱但成本更低。

從17μm像元間距開始，基于非晶硅的紅外芯片成像質(zhì)量就明顯落入下風(fēng)，到12μm像元間距甚至更小的間距，則完全是氧化釩的天下。熱像儀的清晰程度本質(zhì)上需要更小的像元間距作為支撐，在強(qiáng)大核芯的基礎(chǔ)上，配合高質(zhì)量的圖像算法和測(cè)溫算法，才能準(zhǔn)確地建立清晰的熱成像圖。

民用市場(chǎng)自然不可能追求技術(shù)領(lǐng)先不考慮成本，雖然更小像元間距的紅外芯片成本會(huì)更高，但廠商也有不少攤薄成本的辦法。例如艾睿光電在小像元間距上通過(guò)大批量產(chǎn)也在盡可能降低12μm、10μm和8μm芯片成本，高德紅外通過(guò)晶圓級(jí)封裝解決微型化和成本問(wèn)題。

紅外熱成像解決電子電路檢測(cè)難題

紅外熱成像應(yīng)用在電子行業(yè)中，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)集成電路檢測(cè)，如低壓電路板溫度檢測(cè)、高溫箱電路板設(shè)計(jì)檢測(cè)；實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料缺陷檢測(cè)，如太陽(yáng)能電池板缺陷檢測(cè)、硅錠質(zhì)量檢測(cè)；實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)微距檢測(cè)，如LED芯片檢測(cè)；實(shí)現(xiàn)電子電氣設(shè)備檢測(cè)，如激光器質(zhì)量檢測(cè)、光纖質(zhì)量檢測(cè)。

以低壓電路板設(shè)計(jì)階段的檢測(cè)為例，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)電路板中的電子元器件進(jìn)行溫度檢測(cè)，觀察元器件的溫度負(fù)載情況，以保證電路板工作順利進(jìn)行。此時(shí)電路上的故障一般分為短路、斷路和接觸不良這幾種情況。

在電路發(fā)生短路的過(guò)程中，電路板上肯定會(huì)有局部溫度過(guò)高的情況出現(xiàn)，斷路的話則會(huì)產(chǎn)生局部的溫度會(huì)比其他地方低的情況，所以利用這一點(diǎn)就很容易通過(guò)引入紅外熱像儀判斷電路的故障點(diǎn)。

紅外熱像儀直接顯示電路板上元器件溫度的分布情況，如果需要進(jìn)一步確認(rèn)，還能通過(guò)手動(dòng)精準(zhǔn)調(diào)焦，清晰地觀察高溫點(diǎn)故障元器件類別和位置。

材料缺陷檢測(cè)上，可以利用短波紅外光可以穿透半導(dǎo)體材料這一特性，使用0.9-1.7μm的紅外檢測(cè)硅晶圓、硅錠或晶片成品。電氣系統(tǒng)中的電源設(shè)備也可以通過(guò)這種非接觸的紅外對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，并在不影響原有溫度場(chǎng)的情況下提供清晰的電源、開關(guān)、散熱部分等部分的溫度場(chǎng)分布。

通過(guò)溫度數(shù)據(jù)、紅外熱圖對(duì)電路板狀況進(jìn)行檢測(cè)分析，能夠了解芯片、電子元器件等各種電子設(shè)備的內(nèi)部工作狀態(tài)，解決電子電路設(shè)計(jì)中的檢測(cè)難題。

小結(jié)

在電路研發(fā)設(shè)計(jì)中，引入紅外熱像儀，對(duì)電子電路功耗設(shè)計(jì)和研究、散熱效果分析、PCB布局優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等方面有著不小的助力，能夠有效提升產(chǎn)品研發(fā)成功率和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。