Quando la questione si fa ancora più calda

 

Ankur Tomar di Farnell parla di come sia possibile usare la termografia per rilevare problemi durante lo sviluppo o la riparazione di sistemi elettronici.

Il calore può rappresentare un incubo per un ingegnere. Durante la progettazione di schede di prototipazione, gli ingegneri devono identificare i problemi causati dai componenti che si surriscaldano o sono troppo vicini; negli ambienti industriali, i punti caldi possono comportare delle grosse difficoltà.

In tali situazioni, la risposta può essere rappresentata dall’uso di termocamere, in quanto sono in grado di aiutare i progettisti di schede e sistemi che si avvalgono di semiconduttori ad alte prestazioni, o che si occupano di problemi di debug dell’elettronica di alimentazione con schede di prototipazione, grazie all’identificazione più rapida delle aree problematiche. Inoltre, la termografia è utile negli ambienti industriali per identificare i punti caldi termici, risolvere i problemi che causano calore e gestire la dissipazione di calore.  Nell’R&D, è possibile esaminare le schede di prototipazione per trovare i guasti. Il calore generato dai componenti può indicare problemi: ad esempio, un processore che si surriscalda quando dovrebbe essere in modalità a basso consumo potrebbe indicare la presenza di un problema al software o all’hardware. Le termocamere sono inoltre in grado di mostrare quando i componenti funzionano a una temperatura più fredda del previsto, ad esempio, quando non sono alimentati correttamente o le tracce PCB sono interrotte. Per quanto concerne la progettazione dei sistemi, le termocamere consentono inoltre all’ingegnere di analizzare le prestazioni della dissipazione di calore e della gestione termica, onde garantire la progettazione efficace. Rappresentano anche la scelta ideale per identificare numerosi problemi che interessano le schede di circuito guaste durante le riparazioni.,Tra i problemi rilevabili dalle termocamere, vi sono i componenti realizzati in modo inadeguato. Si tratta di componenti vicini al limite della propria capacità termica, che occorre sostituire con un prodotto di classe superiore. È inoltre possibile usarle per identificare i guasti ai componenti. Senza le termocamere, i guasti ai componenti sono rilevabili solo quando inizia a essere emesso del fumo. Le camere sono inoltre in grado di individuare le saldature effettuate in modo errato, in cui i punti di saldatura scarsi impediscono il flusso della corrente o, nel caso dell’elettronica di potenza, in cui la resistenza del punto di saldatura o del connettore causa la dissipazione del calore. In maniera simile, sono utili per rilevare tracce interrotte e polarità inversa. Infine, le termocamere sono un ottimo strumento quando si lavora con sistemi completi, al fine di identificare i punti interessati da perdite di energia meccanica, ad esempio, in un impianto di produzione interessato da frizione in un cuscinetto o cinghia di trasmissione. Non solo è possibile usarle per identificare problemi, ma anche per indicare ove sarebbe utile svolgere la manutenzione preventiva.

Per tali motivi, le camere a infrarossi sono diventate molto popolari nel settore dell’elettronica e si sono dimostrate degli elementi importanti nella produzione e diagnostica. Gli ingegneri elettrotecnici e i tecnici hanno tratto beneficio dalla capacità della termografia di vedere oggetti piccoli dalla forma irregolare e di stabilire le caratteristiche termiche e le temperature in remoto. Vi sono diversi difetti nella progettazione e produzione che si manifestano surriscaldandosi molto prima che insorgano dei problemi più seri. Di conseguenza, le termocamere sono in grado di individuare rapidamente i problemi elettrici primi della produzione di fumo. Tutto ciò contribuisce a migliorare l’efficienza nella produzione, a ridurre il time to market e a evitare richiami e problemi di garanzia costosi.

Le termocamere devono essere usate nella produzione di PCB sia durante la fase di progettazione, sia durante quella di test. Durante la progettazione di circuiti, gli ingegneri possono usare le apparecchiature a infrarossi per monitorare le caratteristiche termiche di determinati componenti e apportare modifiche alla progettazione sulla base dei risultati ottenuti. Durante la fase di test, la termografia è in grado di individuare problemi come la saldatura errata dei circuiti, le tracce interrotte tra i componenti, la fluttuazione di corrente dai cavi sollevati, componenti mancanti o saldati in modo errato, polarità inversa di un componente e posizionamenti errati dei componenti che causano il surriscaldamento dei componenti stessi e del circuito. .

Le schede di circuito “bare”, fabbricate in fibra di vetro e resina, devono essere cotte in forni ad aria calda. Tali schede sono generalmente costituite da diversi strati ed è necessario scaldarle diverse volte per polimerizzare i singoli strati. La temperatura di riscaldamento degli strati è importante, in quanto, se non è quella giusta, potrebbe essere necessario dover buttare le schede. Poiché i produttori di schede operano con margini bassi, gli scarti possono influire sui profitti. Le termocamere sono in grado di misurare la temperatura delle schede durante la polimerizzazione, al fine di controllare la temperatura in modo più accurato.

La fase di giunzione protetta nella produzione di circuiti integrati può rivelarsi complicata, dato il numero elevato di saldature interessate e la necessità di riscaldamento e raffreddamento controllati. Le temperature di saldatura dei cavi ai circuiti integrati si basano sul diametro e il materiale dei fili. I produttori di circuiti integrati devono monitorare il profilo termico e le temperature di processo prima e dopo le saldature dei cavi ai circuiti. In questo modo, potranno migliorare la produttività regolando i tempi di saldatura sulla base dei dati raccolti durante il monitoraggio termico del processo. Inoltre, tale modalità di agire consente loro di ridurre gli scarti, dato il numero ridotto di danni ai circuiti integrati causati dal calore e di schede andate perse a causa della saldatura scarsa.

Camere in azione

Un buon esempio dell’utilità delle termocamere è quello della società di strumenti di misurazione Test srl (www.test.it), la quale usa le termocamere Flir (www.flir.it) da diversi anni. La società dispone di un laboratorio debitamente equipaggiato, in cui gli ingegneri riparano, testano e calibrano una vasta gamma di attrezzature elettroniche, tra cui PCB, alimentatori e oscilloscopi. Le termocamere li aiutano nel lavoro quotidiano. Le termografia consente di monitorare la temperatura dei componenti e dei dispositivi elettronici, sia che essi funzionino in modo indipendente o all’interno di strumenti elettronici più complessi. I componenti e i dispositivi elettronici possono essere soggetti a stress da surriscaldamento ogni qualvolta un difetto o guasto influisce sui componenti o sul circuito di cui fanno parte. La maggior parte delle volte, è necessario sostituire il dispositivo surriscaldato o difettoso. Si tratta di un metodo rapido e sicuro per l’individuazione dei problemi e dei difetti elettrici in modo molto veloce e accurato.

Uno dei prodotti più recenti di Flir è la termocamera ETS320 per i test elettronici negli ambienti da banco di tipo ingegneristico. In qualità di prima camera Flir progettata appositamente per le verifiche e l’analisi delle caratteristiche termiche dei componenti elettronici e dei PCB, intende promuovere la precisione nelle verifiche e nelle diagnosi nel settore dell’elettronica. Il dispositivo combina una termocamera ad alta sensibilità progettata per i PCB di imaging e altri componenti elettronici, a un supporto da tavolo regolabile e a mani libere, così da consentire il testing termico senza contatto coerente in tutto il processo di progettazione elettronica, sviluppo e produzione.  Grazie a oltre 76.000 punti di misurazione della temperatura, è in grado di monitorare il consumo energetico, rilevare i punti caldi e identificare potenziali punti di guasto durante lo sviluppo dei prodotti. L’elevata precisione nella misurazione della camera e la sua capacità di visualizzare lievi differenze di temperatura contribuiscono a valutare le prestazioni termiche, assicurare la compatibilità ambientale e risolvere i problemi in una vasta gamma di prodotti elettronici.

Fluke è inoltre creatrice di alcuni prodotti immessi di recente sul mercato, come la linea di termocamere Fluke TiS20 e la termocamera TiX500, che si avvale del sistema Fluke Connect. Gli ingegneri sono in grado di sincronizzare le immagini direttamente dalla camera al sistema Fluke Connect in wireless e allegarle a un record o ordine di lavoro. L’accesso ai record sulla manutenzione sia presso il luogo di ispezione, sia in ufficio o fuori sede consente decisioni più rapide e collaborazione in tempo reale tra i membri dei team. Inoltre, gli utenti possono trasmettere in tempo reale le immagini visualizzate dalla termocamera a uno smartphone o PC e controllare la camera in remoto.

Il modello Fluke TIS20 9Hz è una termocamera a fuoco fisso con risoluzione di rilevamento 120 x 90. La camera a infrarossi è nata per garantire prestazioni elevate ed è dotata di funzionalità che permettono di individuare i problemi in modo semplice e rapido prima che si aggravino irrimediabilmente, con tutto quanto ne consegue in termini di costi. È dotata di uno schermo LCD da 8,9 cm 320 x 240, che impedisce la perdita imprevista di potenza grazie all’uso di batterie smart sostituibili e un indicatore LED del livello di carica.

Conclusione

Le termocamere consentono agli ingegneri di velocizzare il processo di sviluppo grazie all’identificazione rapida di problemi che interessano le schede di prototipazione. L’utilizzo di questi strumenti è in grado di migliorare la progettazione della dissipazione di calore e la gestione termica. Sono inoltre in grado di identificare guasti durante la riparazione delle schede.