红外热成像解决电子电路检测难题

来源:电子发烧友网发布时间:2023-05-241035浏览

电子发烧友网报道（文/李宁远）在电子电路中，温度一直是一个非常重要的参数，绝大多数器件的可靠性都和其温度特性相关。哪怕是极其微小的器件温度变化，都可能对电子电路的运行造成很大的影响，而过热则很大概率引发主板故障。

由于黑体辐射的存在，任何物体都依据温度的不同对外辐射，热红外成像通过热红外敏感CCD对物体进行成像，能反映出物体表面的温度分布图像。红外热像仪的引入，打开了温度视觉的入口。

红外热成像背后的技术支持

红外热像仪的优劣从技术角度来说，主要集中在探测芯片、图像算法和测温算法三个层面。红外热像仪中的红外芯片采用不同的热敏材料制成，常见的有氧化钒（VOx）和非晶硅（α-Si）两种材料。
红外探测芯片一个很重要的指标是像元间距，该指标直接影响到成像仪可以实现的像素水准。目前市面上常用的红外热像仪普遍使用的红外探测芯片像元间距是17μm。17μm可以说是两种材料红外探测芯片的分水岭，因为在此像元间距下，氧化钒和非晶硅性价比是差不多的，氧化钒的高质量成像优势但更贵，非晶硅成像能力弱但成本更低。
从17μm像元间距开始，基于非晶硅的红外芯片成像质量就明显落入下风，到12μm像元间距甚至更小的间距，则完全是氧化钒的天下。热像仪的清晰程度本质上需要更小的像元间距作为支撑，在强大核芯的基础上，配合高质量的图像算法和测温算法，才能准确地建立清晰的热成像图。
民用市场自然不可能追求技术领先不考虑成本，虽然更小像元间距的红外芯片成本会更高，但厂商也有不少摊薄成本的办法。例如艾睿光电在小像元间距上通过大批量产也在尽可能降低12μm、10μm和8μm芯片成本，高德红外通过晶圆级封装解决微型化和成本问题。

红外热成像解决电子电路检测难题

红外热成像应用在电子行业中，可以用来实现集成电路检测，如低压电路板温度检测、高温箱电路板设计检测；实现半导体材料缺陷检测，如太阳能电池板缺陷检测、硅锭质量检测；实现芯片级微距检测，如LED芯片检测；实现电子电气设备检测，如激光器质量检测、光纤质量检测。
以低压电路板设计阶段的检测为例，设计人员需要对电路板中的电子元器件进行温度检测，观察元器件的温度负载情况，以保证电路板工作顺利进行。此时电路上的故障一般分为短路、断路和接触不良这几种情况。
在电路发生短路的过程中，电路板上肯定会有局部温度过高的情况出现，断路的话则会产生局部的温度会比其他地方低的情况，所以利用这一点就很容易通过引入红外热像仪判断电路的故障点。
红外热像仪直接显示电路板上元器件温度的分布情况，如果需要进一步确认，还能通过手动精准调焦，清晰地观察高温点故障元器件类别和位置。
材料缺陷检测上，可以利用短波红外光可以穿透半导体材料这一特性，使用0.9-1.7μm的红外检测硅晶圆、硅锭或晶片成品。电气系统中的电源设备也可以通过这种非接触的红外对运行状况进行监控，并在不影响原有温度场的情况下提供清晰的电源、开关、散热部分等部分的温度场分布。
通过温度数据、红外热图对电路板状况进行检测分析，能够了解芯片、电子元器件等各种电子设备的内部工作状态，解决电子电路设计中的检测难题。