Weitere Merkmale der Nutzung der Thermografie in der Elektrotechnik und Elektronik

  • Beeinflusst weder die HF-Impedanz des Messobjektes noch die Wärmeableitung von selbigem, was der sicheren Vermeidung entsprechender Messfehler dient
  • Gestattet die gefahrlose Temperaturmessung auch an spannungsführenden Teilen
  • Komplette Erfassung der Temperaturverteilung und ihres zeitlichen Verlaufes von komplexen Baugruppen
  • Höchste geometrische Auflösung durch Einsatz von Messsystemen mit Detektoren sehr großer Pixelzahl und opto-mechanischer MicroScan-Einheit
  • Auflösung kleinster geometrischer Strukturen mit Hilfe von Makrovorsätzen und Infrarot-Mikroskopobjektiven
  • Detektion geringster Temperaturdifferenzen durch Verwendung gekühlter Photonendetektoren und Lock-In-Messverfahren
  • Komfortable Analyse und Dokumentation der Messergebnisse mit leistungsfähiger Auswertesoftware

Wärmebildkamera ermöglicht berührungsloses Messen in der Elektronik

Die thermografische Inspektion elektronischer Komponenten und Baugruppen ist ein etabliertes Prüfverfahren zur Fehlersuche und Qualitätssicherung – von der Entwicklung erster Prototypen bis hin zur Serienproduktion. Erkennen lassen sich beispielsweise:

  • Hotspots und atypische Temperaturverteilungen auf der Oberfläche von Leiterplatten, integrierten Schaltkreisen und Multichip-Modulen
  • Erhöhte Übergangswiderstände
  • Widerstandserhöhung durch Einschnürung von Leitungen
  • Verdeckte Risse in Verbindungsstellen
  • Verlustleistungen durch HF-Fehlanpassung
  • Fehlerhafte thermische Anbindungen von Kühlkörpern
  • Kurzschlüsse, Lötdefekte wie z. B. kalte Lötstellen

Thermografische Analysen während eines jeden Entwicklungsschrittes liefern wichtige Rückschlüsse für die Optimierung des Wärmemanagements sowie das Design von komplexen elektronischen Baugruppen. In der Elektronik-Fertigung wird die thermografische Temperaturmessung als vielseitiges Instrument bei der Qualitätssicherung eingesetzt. Sowohl bei der Einstellung kritischer technologischer Parameter und ihrer permanenten Überwachung als auch bei der Inline-Prüfung der in Fertigung befindlichen Produkte und deren abschließender Funktionsprüfung ist leistungsfähige Thermografie unverzichtbar geworden.

Vorteile beim Einsatz leistungsstarker Thermografiesysteme

  • InfraTec-icon-detektor-1920x1536

    Detektorauflösungen von bis zu (1.920 × 1.536) nativen IR-Pixeln zur Prüfung komplexer Baugruppen

  • infratec icon optic

    Erstellung hochaufgelöster Detailaufnahmen mit Pixelgrößen bis zu < 1 μm unter Verwendung von Mikroskopobjektiven

  • Erkennung von Temperaturunterschieden zwischen defekten und intakten Strukturen im Bereich weniger Mikrokelvin dank hoher thermischer Auflösung bis < 0,015 K in Kombination mit dem Lock-In-Verfahren

  • InfraTec-icon-messgenauigkeit-1

    Messgenauigkeiten von bis zu ± 1 °C oder 1 % für exakte Messergebnisse

Thermische Auffälligkeiten präzise lokalisieren und detailliert abbilden

Das Prinzip der berührungslosen thermografischen Temperaturmessung erlaubt die fehlerfreie Bestimmung der Temperatur von Messobjekten geringer Größe und kleiner Wärmekapazität. Selbst bei Verwendung kleinster berührender Temperatursensoren ist dies dagegen oft unmöglich, da deren Wärmeableitung häufig eine Verfälschung der Messergebnisse bewirkt. In vielen Fällen wird der Einsatz von Thermoelementen bereits von vornherein durch den Aufbau oder die Funktion der Schaltung selbst verhindert. Hinzu kommt, dass Strukturen elektronischer Messobjekte mitunter so klein sind, dass sich Temperatursensoren auf diesen gar nicht mehr anbringen lassen.

Dagegen sind Thermografiesysteme mit hoher geometrischer Auflösung in der Lage, derart kleine Strukturen klar sichtbar zu machen und darüber hinaus exakt deren Temperaturverteilung nebst zeitlichem Verlauf zu bestimmen. Mithilfe von speziellen Makrovorsätzen und leistungsfähigen Infrarot-Mikroskopobjektiven können Anwender auf der Oberfläche von Bauteilen wie Halbleiterbauelementen Hotspots von wenigen Mikrometern Größe thermografisch vermessen. Bei zusätzlicher Verwendung von auf dem Messobjekt aufgesetzten SIL-Linsen (Solid Immersion Lens) können auch noch kleinere Strukturgrößen detektiert werden. In Kombination mit entsprechenden Verfahren der Aktiv-Thermografie werden zur Fehlerlokalisierung Temperaturdifferenzen von weniger als 1 mK klar sichtbar gemacht.

Hierfür bietet InfraTec die jeweils passenden Objektive und Kameras mit gekühlten und ungekühlten Detektoren an, die über native Auflösungen von bis zu (1.920 × 1.536) IR-Pixeln verfügen. Per MicroScan – verfügbar sowohl für Kameras mit gekühlten wie auch ungekühlten Detektoren – lässt sich die geometrische Auflösung nochmals deutlich verbessern. Die so gewonnenen Thermogramme stellen sicher, dass Komponenten und Baugruppen bis ins kleinste Detail abgebildet sind und dadurch Fehler präzise erkannt und lokalisiert werden können. Thermografieaufnahmen mit der enormen geometrischen Auflösung von einigen Megapixeln machen sich vor allem bei komplexen Baugruppen bezahlt, wo viele Strukturen auf dem jeweiligen Mess- und Prüfobjekt gleichzeitig erfasst werden können. Ist die Pixelzahl des Detektors der verwendeten Kamera zu gering, erhöht sich die Anzahl der für die komplette Erfassung des Messobjektes erforderlichen Aufnahmen.

Anwenderberichte über Thermografie in der Elektronik & Elektroindustrie

Thermography in Process Automation - Isabellenhuette
Erfahren Sie mehr über die Thermografie in der Automatisierung

Thermografie in der Automatisierung

Die Isabellenhütte Heusler GmbH & Co. KG hat das Potential der Thermografie frühzeitig erkannt und setzt die Infrarot-Thermografie bei der Qualitätskontrolle der durch sie gefertigten niederohmigen Präzisionswiderständen ein.

Wechselrichter mit belasteten Bauteilen zur Lebensdauervorhersage - Bildrechte: @ istock.com / Mordolff
Erfahren Sie mehr über thermografische Mikroskopie in der Elektronik

Thermografische Mikroskopie in der Elektronik

Steigende Leistungsvorgaben für elektronische Bauelemente führen dazu, dass auf immer kleineren Flächen enorme Anforderungen an das Wärmemanagement gestellt werden.

Thermografie in der Elektronikprüfung - Bildnachweis: © iStock.com / Elhenyo
Erfahren Sie mehr über Thermografie in der Elektronikprüfung

Thermografie in der Elektronikprüfung

Die Firma Delphi setzt am Laborstandort Test & Validation Services des Unternehmens in Wiehl verstärkt Thermografie als Qualitätssicherungsmaßnahme in der Design- und Produktvalidation ein. Damit wird eine stabile hardwareseitige Grundlage für die Integration immer neuer Funktionalitäten in Automobilen gelegt, die letztlich einen wichtigen Beitrag zur Verkehrssicherheit liefert.

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Deutschland

InfraTec GmbH
Infrarotsensorik und Messtechnik
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01217 DresdenDEUTSCHLAND

Temperaturunterschiede von nur wenigen Millikelvin klar bestimmen

Thermografie-Aufnahme einer Leiterplatte

Generell hat die Thermografie inzwischen einen festen Platz bei Anwendungen innerhalb der Elektronik und Elektrotechnik gefunden. Gründe dafür sind etwa die Trends hin zu ständig kleineren, aber gleichzeitig leistungsfähigeren Bauteilen, die mit immer niedrigeren Versorgungsspannungen betrieben werden. Geringere elektrische Leistungsaufnahme geht in der Regel mit geringeren Temperaturänderungen einher, aus denen sich ggf. auftretende Fehler analysieren lassen. Thermografiekameras mit exzellenten thermischen Auflösungen bis < 20 mK im Echtzeitbetrieb werden diesen Anforderungen bereits grundlegend gerecht. Bei bestimmten Messaufgaben genügt das allein jedoch noch nicht. Zusätzlich ist dann das Verfahren der Lock-In-Thermografie notwendig, um geringste Temperaturunterschiede zu detektieren. Durch periodische Anregung lassen sich damit Prüfobjekte zerstörungsfrei auf Fehler und Unregelmäßigkeiten hin untersuchen. Die Messdauer bei der Anwendung des Lock-In-Verfahrens steigt mit der gewünschten Auflösung gegenüber einer Echtzeitmessung deutlich und kann mehrere Minuten betragen. Deshalb ist es besonders hilfreich, wenn solche Messungen mit einer großformatigen, geometrisch hochauflösenden Kamera „in einem Zug“ gemacht werden können.

Eine Kamera mit geringerer geometrischer Auflösung zwingt bei der lückenlosen Erfassung des Messobjektes dagegen zu vielfach wiederholten Messungen, zumal, wenn sich ein Fehler nicht immer sicher reproduzieren lässt. Das beim Kauf einer kostengünstigeren Kamera vermeintlich „gesparte“ Geld raubt dann dem Entwickler bei der Erprobung oder der Fertigung bei der Ausgangsprüfung sehr viel Zeit und kann im Resultat zu erheblich höheren Kosten führen.

Exzellente Abstimmung von Wärmebildkamera, Thermografie-Software und Peripherie

Besonderen Wert legt InfraTec auf das optimale Zusammenspiel zwischen Wärmebildkamera und Software. Mit Blick auf den Einsatz in der Elektronikfertigung bietet die Thermografie-Software IRBIS® 3 umfangreiche Funktionen, die die Nutzung passiver und aktiver Thermografieverfahren unterstützen. Dazu zählt beispielsweise der Vergleich zwischen aktuellen Thermografie-Bildern und einem Referenzbild sowie bei Lock-In-Thermografie die Darstellung von Amplituden und Phasenbildern mit einstellbaren Parametern. So lassen sich Fehler zielsicher erkennen und deutlich darstellen.

Analysis Software of Software Family IRBIS® 3

Für thermografische Messungen an Leiterplatten und Hybrid-Baugruppen hält die IRBIS® 3 ebenfalls eine zugeschnittene Lösung bereit. Eine große Herausforderung bei derartigen Messobjekten erwächst aus der Fülle der verwendeten Bauelemente. Diese bestehen wiederum aus einer Vielzahl von Materialien, wie verschiedenen Metallen, Keramiken und Kunststoffen, die jeweils ganz unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufweisen. Für eine präzise Temperaturmessung ist der Emissionsgrad des jeweiligen Materials an der Oberfläche von besonderer Bedeutung. Mit der Software IRBIS® 3 lässt sich der Emissionsgrad für jedes einzelne Pixel sowohl bestimmen als auch einstellen und damit die gemessene Temperatur unter der Berücksichtigung des Emissionsgrades und der Umgebungstemperatur automatisch korrigieren. Zum Einsatz kommen hierfür sowie für die Berücksichtigung weiterer Einflussfaktoren verschiedene Korrekturmodelle. Diese bilden die jeweilige Messsituation so nach, dass alle das Messergebnis beeinflussenden Faktoren, wie die Strahlung aus der Umgebung, verwendete Fenster oder Dämpfungseigenschaften der Messstrecke, berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann der Anwender sicherstellen, dass er bei Einhaltung der entsprechenden Bedingungen stets exakte Temperaturmessergebnisse erzielt.

Thermografiesysteme für die Elektronik und Elektrotechnik individuell konfigurieren

In Abhängigkeit von der jeweiligen Aufgabenstellung können Nutzer ganz gezielt die für sie passende Ausstattung zusammenstellen. Ausgangspunkt wird dabei meist die Wärmebildkamera sein. Gekühlter oder ungekühlter Detektor? Welches Detektorformat? Soll das Thermografiesystem die Lock-In-Thermografie unterstützen? Wie viel Flexibilität ist beim Abstand von Messobjekt und Kamera gewünscht? Welchen Einfluss hat dies auf die Wahl von Mikroskopobjektiven und Makrovorsätzen? Je nachdem, wie die Antworten auf diese Fragen ausfallen, kann InfraTec Thermografiesysteme unterschiedlichster Leistungsstärke anbieten – von der einzelnen Kamera bis zum automatisierten modularen Prüfplatz E-LIT.

Wärmebildkamera VarioCAM HDx von InfraTec

VarioCAM® HDx Lock-in

Die handgehaltene VarioCAM® HDx Lock-In lässt sich extrem vielseitig einsetzen. Neben der Nutzung für die Lock-In-Thermografie ist beispielsweise die Verwendung im Rahmen der vorbeugenden Instandhaltung denkbar.

Wärmebildkamera VarioCAM HDx head von InfraTec

VarioCAM® HDx head Lock-in

Die kompakten Abmessungen und das geringe Gewicht gehören zu den Vorteilen der VarioCAM® HDx head Lock-in. Geht die Aufgabenstellung mit einem konstanten Messszenario in industrieller Umgebung einher, ist sie die erste Wahl.

Automatisiertes Prüfsystem ACTIVE-LIT - Titelbild - Bildnachweis: © iStock.com / scorpp

Elektronik- und Halbleitermodulprüfung - E-LIT

Detektieren Sie bereits während der Fertigung ungleichmäßige Temperaturverteilungen und lokale Energieverluste mittels Lock-In-Thermografie.

Verwandte Branchen und Anwendungsgebiete

  • Aktiv-Thermografie - Bildnachweis: © Rainer / Fotolia.com
    Aktiv-Thermografie

    Aktiv-Thermografie

    Nutzen Sie die aktive Thermografie zur zerstörungsfreien und berührungslosen Werkstoffprüfung, sowohl für automatisierte Inline- als auch Offline-Lösungen.

  • Mikrothermografie
    Mikrothermografie

    Mikrothermografie

    Die Mikrothermografie ermöglicht die thermische Analyse feinster Strukturen im µm-Bereich und somit eine detaillierte Darstellung der Temperaturverteilung auf komplexen elektronischen Baugruppen und Komponenten.

  • Thermografie an Elektroanlagen
    Inspektion von Elektroanlagen

    Inspektion von Elektroanlagen

    Überprüfen Sie elektrische Installationen oder HV-Netze mit einer Wärmebildkamera auf gefährliche Hotspots.

Wärmebildkameras für Anwendungen in der Elektronik & Elektroindustrie

  • Wärmebildkamera VarioCAM® HD Z von InfraTec
    VarioCAM® HD Z

    VarioCAM® HD Z

    Kategorie

    Stationäre Industriesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (1.024 × 768) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
    Neu
  • ImageIR® 10300

    ImageIR® 10300

    Kategorie

    High-End-Thermografie-Systeme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (1.920 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    InSb
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera ImageIR® 9400 hp Serie von InfraTec
    ImageIR® 9400 hp

    ImageIR® 9400 hp

    Kategorie

    High-End-Thermografie-Systeme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.560 × 2.048) IR-Pixel

    Detektortyp
    InSb
    Bildfeldrechner
    Neu
  • Wärmebildkamera VarioCAM® HD head von InfraTec
    VarioCAM® HD head 900

    VarioCAM® HD head 900

    Kategorie

    Stationäre Industriesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® HDx inspect von InfraTec
    VarioCAM® HDx inspect 625

    VarioCAM® HDx inspect 625

    Kategorie

    Profi- und Universalkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (1.280 × 960) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® High Definition von InfraTec
    VarioCAM® HD inspect 900

    VarioCAM® HD inspect 900

    Kategorie

    Profi- und Universalkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® High Definition von InfraTec
    VarioCAM® HD research 900

    VarioCAM® HD research 900

    Kategorie

    Profi- und Universalkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera compactIR 400 von InfraTec
    compactIR 400

    compactIR 400

    Kategorie

    Einsteigerkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (384 × 288) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera ImageIR® 9500 von InfraTec
    ImageIR® 9500

    ImageIR® 9500

    Kategorie

    High-End-Thermografie-Systeme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.560 × 1.440) IR-Pixel

    Detektortyp
    MCT
    Bildfeldrechner
    Neu