Ověřování návrhu elektroniky

Výzvy v oblasti spolehlivosti zkušebních zařízení: Přehřívání zkoumaných komponent PCB

Výrobce elektronických testovacích zařízení má problémy se spolehlivostí svého analyzátoru křivek, které jsou pravděpodobně způsobeny přehříváním součástek na jedné z desek plošných spojů (PCB) v šasi.

Je proveden komplexní výzkum všech elektronických součástek na podezřelé desce s cílem zjistit jejich maximální provozní teploty. Deska je poté namontována na zkušební stojan a napájena tak, aby se napodobily podmínky při intenzivním používání procesoru. Klíčové komponenty se změří kontaktním teploměrem, aby se zjistilo, zda některé z nich nepracují při vyšších než maximálních teplotách. Zatímco všechny se pohybují v rámci stanovených limitů, u několika z nich se zjistí, že se pohybují blízko svých maximálních teplot.

Problémem při použití termočlánků pro měření teploty na velmi malých konstrukcích, jako je například zařízení pro povrchovou montáž (SMD), je to, že musí přesně odrážet skutečnou teplotu elektroniky. U malých součástí plošných spojů je tepelná hmotnost poměrně malá. V porovnání s těmito malými součástkami SMD má termočlánek dostatečnou tepelnou kapacitu, aby mohl ovlivnit teplotu součástky během testování. Termočlánek a jeho vedení odvádějí teplo z elektronické součástky, což vede k nižším naměřeným hodnotám teploty, než je skutečná teplota SMD součástky bez termočlánku. V důsledku toho dochází k měření menších teplotních amplitud ve statických podmínkách a k nepřesným odečtům teplotní dynamiky.

Dochází se k závěru, že pro zohlednění vlivu vnitřních teplot v uzavřeném krytu na teploty součástek je nutné provádět teplotní zkoušky v šasi zařízení. Vzdálená měření teploty jsou považována za náročná kvůli možným překážkám v přímé viditelnosti způsobeným krytem zařízení.

Optimalizace měření teploty v elektronických skříních pomocí infračervené technologie

Termografická kontrola elektronických součástek a sestav je obecně zavedeným zkušebním postupem pro odhalování poruch a řízení kvality, a to od vývoje počátečních prototypů až po sériovou výrobu. Tato metoda odhaluje různé problémy, jako jsou horká místa a atypické rozložení teploty na povrchu desek s plošnými spoji, integrovaných obvodů a vícečipových modulů. Identifikuje zvýšené abnormální kontaktní odpory, skryté trhliny ve spojích, ztráty výkonu v důsledku nesouladu rádiových frekvencí, nesprávné tepelné spoje chladičů, zkraty a vady pájení, jako jsou studené pájecí spoje.

V této aplikaci infračervená kamera, používaná s materiály propouštějícími infračervené záření, přesně vyhodnocuje teplotu všech kritických součástí desky a zároveň replikuje typické provozní prostředí v krytu zařízení (šasi). Horní část krytu je sejmuta a testována s několika materiály propouštějícími infračervené záření, počínaje fólií Saran. Saranová fólie se ukázala jako vysoce propustná v infračervené oblasti a tlumí méně než 10 % signálu. Přesto se při zapnutí ventilátoru přístroje třepí a jeho trvanlivost představuje určitý problém. Selenid zinečnatý je považován za nejlepší řešení díky své trvanlivosti a schopnosti umožnit vizuální pozorování. Přesto jsou náklady na dostatečně velké okno, které by zakrylo celou desku počítače, neúnosné. Nejlepším řešením jsou infračervená okna z fluoridu vápenatého, která se běžně používají pro infračervené testování elektrických rozváděčů. Přestože jejich infračervená propustnost je menší než u ZnSe, lze s tím při přesných měřeních počítat. Kovová pouzdra infračervených okének umožňují jejich snadnou montáž do kovové skříně a jejich cenová dostupnost umožňuje použít několik okének ke shromáždění údajů o všech klíčových součástech. U dvou zařízení se ihned zjistí, že pracují při překročení teploty, a to kvůli jejich montážnímu umístění vedle jiných zařízení produkujících teplo a nedostatečnému proudění vzduchu, které by rozptylovalo teplo z horkých zařízení.