Ispezione termica dei Pcb con il sistema IR

Vantaggi dell’ispezione IR
I vantaggi del metodo IR rispetto ad altri sistemi di ispezione derivano dall’operare sul circuito in normali condizioni funzionamento e dal non essere un sistema invasivo.
A differenza di altre tecniche come l’AOI, Automated Optical Inspection, e quella a raggi X, l’ispezione IR misura il circuito alimentato e gli eventuali cambiamenti quando si attivano le sue diverse funzioni. Ad esempio, contatti ossidati produrranno hot-spot solo al passaggio della corrente, mentre uno stadio finale di potenza o una CPU potranno risultare più sollecitati in certe situazioni di pilotaggio.
Rispetto a sistemi come l’in-circuit test, l’ispezione IR non richiede il montaggio della piastra in un’apposita fixture dotata di contatti, consentendo di risparmiare tempo e semplificando le operazioni in linea di collaudo.
L’ispezione IR, inoltre, non risente dello stato della luce visibile sull’oggetto da esaminare, come invece accade nei sistemi AOI, nei quali variazioni della illuminazione possono produrre false indicazioni di anomalie.

Principali parametri di un rivelatore IR
Le prestazioni di un sensore IR nel rilevare le differenze di temperatura dipendono dal tipo di rivelatore, la sua risoluzione, il numero di pixel dell’immagine e le dimensioni di ciascun pixel. Il principale parametro che identifica la risoluzione è il NEdT, Noise Equivalent delta Temperature, che rappresenta la più piccola temperatura che il sensore può rivelare rispetto al proprio rumore termico. Per i sensori IR di minore costo, i cosidetti micro-bolometri, detti anche UFPA, Uncooled Focal Plane Arrays, che operano a temperatura ambiente con una risoluzione fino a 640 x 480 pixel, il NEdT vale 0,08 °C. La radiazione della parte esaminata scalda il rivelatore termico, ne cambia il valore della resistenza e il sistema di misura fornisce la differenza di tensione ai suoi capi. Già con basse risoluzioni dell’ordine di 320 x 240 è possibile evidenziare in pochi minuti i punti più caldi, che spesso nemmeno il sistema di simulazione è stato in grado di predire nella progettazione del circuito su pcb. Se poi si spinge la risoluzione al valore massimo consentito dal micro-bolometro è possibile evidenziare anche punti caldi in certe aree del pcb, che non erano mai state nemmeno considerate.
Per analisi con risoluzioni ancora maggiori occorre adottare sensori IR più sofisticati. Con un rivelatore all’InSb, Indio-Antimonio, si può ottenere una risoluzione fino a 1024 x 1024 con dimensioni più piccole dei pixel. Il valore del NEdT scende sotto 0,018 °C. Il rivelatore InSb detector richiede però un raffreddamento criogenico alla temperatura di 77 K, il che colloca questi tipi di sensori IR nella fascia più alta dei prezzi. Generalmente viene condotta un’ispezione preliminare, seguita da un’ispezione più accurata nelle aree sospette usando la stessa camera IR e aggiungendo degli accessori d’ingrandimento. Con i microbolometri questo secondo step comporta il cambio dell’ottica, mentre con le camere InSb basta aggiungere alla stessa lente degli anelli spaziatori per effettuare lo zoom nelle aree di interesse. Poiché il cambio di ottica nei microbolometri può costare fino a 10.000 $, alcuni laboratori preferiscono optare verso la soluzione più costosa di InSb che non comporta costi aggiuntivi per effettuare lo zoom. Per catene automatiche di produzione esistono soluzioni smart IR camera che ispezionano l’intera superficie della piastra e identificano le aree in cui viene superata la temperatura di sicurezza, fornendo i dati a un PLC, Programmable Logic Controller, di linea, per procedere a una più accurata indagine del pcb off-line. I prezzi delle camere IR per ispezione termica sono in continua discesa grazie alla loro crescente diffusione: vi sono già strumenti IR palmari a prezzi accessibili all’area consumer. In conclusione riportiamo alcuni esempi di sistemi termometrici IR che si collocano nella fascia medio-bassa dei prezzi.

Sierra Pacific RazIR Lite
La camera IR palmare, modello RazIR LITE, è adatta a un’ampia gamma di applicazioni industriali e, in particolare, può essere impiegata nell’analisi termica delle piastre stampate. Tale camera offre il migliore compromesso fra risoluzione e prezzo, pur avendo alcune caratteristiche tipiche di camere IR di costo maggiore. Fornisce una lettura accurata multi-spot delle temperature (4 spot e 4 aree con valori max, min e medio), immagini a colori delle mappe termiche, storage digitale delle immagini  con registrazione di commenti vocali. È dotata di pointer a laser  e di software per un post processing radiometrico completo. Pulsanti di controllo illuminati e connessione USB per il download dei dati e connessione a un monitor esterno. È disponibile un allarme acustico per segnalare il superamento della soglia termica regolabile, così come uno zoom digitale 2x e diverse opzioni ottiche che consentono di realizzare un sistema ideale per la dettagliata analisi termica di piastre stampate.

SOLTEC TS9260
La Thermal Imaging Camera SOLTEC TS9260 impiega un rivelatore microbolometrico NEC con risoluzione 640 x 480, uscita di allarme sonoro, registrazione real-time fino a 30 Hz, interfaccia RS-232C.

Sierra Pacific IR-700
Il sistema Ultra Sensitive Fully Radiometric Color IR-700 di Sierra Pacific consente un’analisi in tempo reale particolarmente precisa, adatta alla verifica del profilo termico dei pcb. È compatibile con un’ampia gamma di package software per l’analisi termica. È dotato di uno zoom elettro-ottico che permette di avvicinare i più piccoli componenti del circuito su piastra stampata. Lo zoom è regolabile sia in senso orizzontale che verticale. La testata scanner separata consente di posizionare la camera IR nella posizione più adatta per l’analisi, mentre il pannello di controllo viene posizionato nella posizione più comoda per l’osservazione e l’analisi delle immagini. Scegliendo la combinazione più adatta di mappa di colori (detti anche palette) si possono evidenziare meglio le differenze di temperatura e le anomalie.